Come calcolare la variazione di entalpia di una reazione chimica

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Difficoltà: facile
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Introduzione

La chimica rappresenta una materia fondamentale per tutti coloro che decidono di intraprendere gli studi scientifici (presso Istituti Tecnici, Licei scientifici, etc.). Uno degli argomenti più importanti della chimica è la reazione, che avviene quando si uniscono due o più elementi; durante questo processo entrano in gioco diverse grandezze variabili, tra cui anche l'entalpia, definita come la somma tra l'energia interna e il prodotto della pressione tra gli elementi che compongono la soluzione reagente. In parole più semplici, durante una qualsiasi reazione chimica il calore può essere assunto dall'ambiente o rilasciato fuori di esso, per cui lo scambio termico tra una reazione chimica e il suo ambiente è conosciuto come entalpia. Ma ora vediamo come calcolare la variazione di entalpia di una reazione chimica.

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Occorrente

  • Libro di chimica
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L'entalpia è una grandezza di stato, si misura in joule e può essere negativa o positiva a seconda che la reazione sia esotermica o endotermica. L'entalpia dipende solo dallo stato iniziale e da quello finale del sistema che si trasforma e non dal "percorso" che si effettua per passare dallo stato iniziale a quello finale. Si definisce entalpia standard di formazione di una data sostanza ad una certa temperatura la variazione di entalpia relativa alla formazione di una mole di quella sostanza a partire dagli elementi quando si trovano nel loro stato standard e si indica con il simbolo "Hf0".

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Prendiamo come esempio la reazione di scomposizione dell'urea con l'acqua: CO (NH2)2 (s) H2O (l) CO2 (g) 2 NH3 (g)
Ovviamente non conosciamo il valore dell'entalpia della sostanza. La relazione che consente di ricavare la variazione di entalpia di una reazione è la seguente:
Hf0 (totale) = Hf0 (prodotti) - Hf0 (reagenti).

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Riscriviamo l'espressione riportando la somma delle entalpie standard di formazione dei reagenti e dei prodotti, ricordando che vanno moltiplicate per i corrispondenti coefficienti stechiometrici:

Hf0 (prodotti) = Hf0 (CO2) + 2 Hf0 (NH3) = 1 mol (- 393,51 kJ/mol) + 2 mol (- 46,11 kJ/mol) = - 485,73 kJ
Hf0 (reagenti) = Hf0 (CO (NH2)2) + Hf0 (H2O) = 1 mol (- 333,51 kJ/mol) 1 mol + (-285,83 kJ/mol) = - 619,34 kJ.
H0 = Hf0 (prodotti) - Hf0 (reagenti) = (- 485,73 kJ) - (- 619,34 kJ) = 133,61 kJ.

La variazione di entalpia risulta essere positiva e, pertanto, l'entalpia di formazione dei reagenti è minore di quella dei prodotti e possiamo quindi dedurre che la reazione è endotermica. Analogamente, se la variazione di entalpia risultasse negativa, la reazione sarebbe esotermica, cioè con liberazione di calore.

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