Energia libera: differenze tra le versioni
m Bot: Aggiungo template {{interprogetto}} (FAQ) |
|||
| (7 versioni intermedie di 7 utenti non mostrate) | |||
| Riga 1: | Riga 1: | ||
{{S|chimica fisica}} |
{{S|chimica fisica}} |
||
In [[termodinamica]], l |
In [[termodinamica]], l{{'}}'''energia libera''' di un [[Sistema termodinamico|sistema]] è la quantità di ''[[Lavoro (fisica)#Lavoro in termodinamica|lavoro]] macroscopico'' che il sistema può compiere sull'ambiente. Essa è funzione della [[temperatura]], della [[pressione]] e della [[concentrazione (chimica)|concentrazione]] della [[specie chimica]] considerata . |
||
L'''energia libera parziale molare'' di una specie chimica a temperatura (T), pressione (p) e composizione costanti all'interno di un sistema a molti componenti è detto ''[[potenziale chimico]]'' di quella specie. |
L{{'}}''energia libera parziale molare'' di una specie chimica a temperatura (T), pressione (p) e composizione costanti all'interno di un sistema a molti componenti è detto ''[[potenziale chimico]]'' di quella specie. |
||
==Descrizione== |
==Descrizione== |
||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
L'energia libera può essere definita in due modi differenti, ottenendo due differenti [[funzione di stato|funzioni di stato]] termodinamiche: l'[[energia libera di Helmholtz]] e l'[[energia libera di Gibbs]]. |
L'energia libera può essere definita in due modi differenti, ottenendo due differenti [[funzione di stato|funzioni di stato]] termodinamiche: l'[[energia libera di Helmholtz]] e l'[[energia libera di Gibbs]]. |
||
| Riga 15: | Riga 14: | ||
*l'[[entropia (termodinamica)|entropia]] tende a ''crescere''. |
*l'[[entropia (termodinamica)|entropia]] tende a ''crescere''. |
||
Se con ''U'' si indica l'[[energia interna]], con ''T'' la temperatura e con ''S'' l'entropia, questi due comportamenti sono semplicemente scrivibili con la funzione di Helmholtz:<ref> |
Se con ''U'' si indica l'[[energia interna]], con ''T'' la temperatura e con ''S'' l'entropia, questi due comportamenti sono semplicemente scrivibili con la [[Energia libera di Helmholtz|funzione di Helmholtz]]:<ref> |
||
Generalmente, mentre i fisici e gli ingegneri tendono ad indicare con ''F'' l'energia libera di Helmholtz, i chimici adottano la convenzione di indicarla con ''A''.</ref> |
Generalmente, mentre i fisici e gli ingegneri tendono ad indicare con ''F'' l'energia libera di Helmholtz, i chimici adottano la convenzione di indicarla con ''A''.</ref> |
||
:<math>A = U - T S</math> |
:<math>A = U - T S</math> |
||
Questa funzione di stato, però, è utilizzabile solo a [[volume]] costante (ad esempio in un contenitore chiuso). Se ci si trova, invece, a [[pressione]] costante (ad esempio un contenitore aperto, come avviene normalmente in natura), l'[[entalpia]] ''H'' = ''U'' + '' |
Questa funzione di stato, però, è utilizzabile solo a [[volume]] costante (ad esempio in un contenitore chiuso). Se ci si trova, invece, a [[pressione]] costante (ad esempio un contenitore aperto, come avviene normalmente in natura), l'[[entalpia]] ''H'' = ''U'' + ''pV'' (dove ''p'' è la pressione e ''V'' il volume) va sostituita all'energia interna U, ottenendo così la quantità che deve essere minima, ovvero la [[funzione di stato di Gibbs]]:<ref>{{Cita|Silvestroni|p. 141}}.</ref> |
||
:<math>G = H - T S</math> |
:<math>G = H - T S</math> |
||
| Riga 46: | Riga 45: | ||
* [[Funzione di stato]] |
* [[Funzione di stato]] |
||
* [[Exergia]] |
* [[Exergia]] |
||
* [[Reazione endergonica]] |
|||
== Altri progetti == |
|||
{{interprogetto}} |
|||
== Collegamenti esterni == |
== Collegamenti esterni == |
||
| Riga 52: | Riga 55: | ||
{{Portale|chimica|energia|termodinamica}} |
{{Portale|chimica|energia|termodinamica}} |
||
[[Categoria:Energia]] |
|||
[[Categoria:Funzioni di stato]] |
[[Categoria:Funzioni di stato]] |
||
Versione attuale delle 16:06, 3 ott 2023
In termodinamica, l'energia libera di un sistema è la quantità di lavoro macroscopico che il sistema può compiere sull'ambiente. Essa è funzione della temperatura, della pressione e della concentrazione della specie chimica considerata .
L'energia libera parziale molare di una specie chimica a temperatura (T), pressione (p) e composizione costanti all'interno di un sistema a molti componenti è detto potenziale chimico di quella specie.
Descrizione
[modifica | modifica wikitesto]Secondo la IUPAC un processo che comporta un incremento di energia libera si dice endoergonico o endotermico, se implica diminuzione si dice esoergonico o esotermico.
L'energia libera può essere definita in due modi differenti, ottenendo due differenti funzioni di stato termodinamiche: l'energia libera di Helmholtz e l'energia libera di Gibbs.
Quando un sistema di entità chimiche (molecole, ioni, radicali) subisce un cambiamento, ad esempio per una reazione chimica o per una transizione di fase, ci sono due grandezze che tendono ad avere due comportamenti opposti:
- l'energia libera tende a decrescere raggiungendo un minimo (stato di equilibrio);
- l'entropia tende a crescere.
Se con U si indica l'energia interna, con T la temperatura e con S l'entropia, questi due comportamenti sono semplicemente scrivibili con la funzione di Helmholtz:[1]
Questa funzione di stato, però, è utilizzabile solo a volume costante (ad esempio in un contenitore chiuso). Se ci si trova, invece, a pressione costante (ad esempio un contenitore aperto, come avviene normalmente in natura), l'entalpia H = U + pV (dove p è la pressione e V il volume) va sostituita all'energia interna U, ottenendo così la quantità che deve essere minima, ovvero la funzione di stato di Gibbs:[2]
In termini matematici, H è la trasformata di Legendre Ḷ(U,V) dell'energia interna U rispetto al volume V.
In un sistema isolato, l'energia libera non può aumentare: rimane costante solo in caso di trasformazioni reversibili, negli altri casi diminuisce.
La diminuzione di G implica l'impossibilità di trasformazioni energetiche con rendimento unitario e quantifica la cosiddetta degradazione dell'energia. Stabilisce anche l'impossibilità di un moto perpetuo di seconda specie. In una reazione chimica o una trasformazione di stato la sua diminuzione è indice della spontaneità del processo a T e p costanti.
In termini matematici A è la trasformata di Legendre Ḷ(U,S) dell'energia interna U rispetto all'entropia S, mentre G è la trasformata di Legendre Ḷ(U,S,V) dell'energia interna U rispetto all'entropia S ed al volume V.
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ Generalmente, mentre i fisici e gli ingegneri tendono ad indicare con F l'energia libera di Helmholtz, i chimici adottano la convenzione di indicarla con A.
- ^ Silvestroni, p. 141.
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10ª ed., CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8.
Voci correlate
[modifica | modifica wikitesto]- Energia interna
- Entalpia
- Energia libera di Helmholtz
- Energia libera di Gibbs
- Potenziale chimico
- Funzione di stato
- Exergia
- Reazione endergonica
Altri progetti
[modifica | modifica wikitesto]Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su energia libera
Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- (EN) free energy, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
