Chimica organica/Principi di Termodinamica Chimica: differenze tra le versioni

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Accanto a queste due forme di energia è identificata una terza forma, detta ''' energia interna''' e simbolaggiata da una U maiuscola, che è un sottoinsieme delle due sopra descritte. L'energia interna è infatti costituita da quella parte dell'energia potenziale e dell'energia cinetica dovuta ai singoli costituenti del sistema che si sta osservando, cioè ai singoli atomi, alle varie molecole, a tutti gli ioni etc . L'energia interna dipende dalla temperatura del sistema e dalla sua pressione. Ecco dunque che di due corpi di pari massa il primo è caratterizzato da una energia interna maggiore se a temperatura, o pressione, superiore. Quantificare l'energia interna di un sistema è impossibile, perchè presuppone l'osservazione dell'energia delle parti che lo costituiscono prese una ad una. Valutare la differenza di energia interna è invece possibile, poichè presuppone la misura dell'energia scambiata con l'esterno sottoforma di calore o di lavoro, a volume costante. Lo strumento messo a punto allo scopo che garantisce trasformazioni a volume costante è il [[w:calorimetro | calorimetro]].
 
=== L'entalpia ===
La relazione tra il calore scambiato da un sistema durante una reazione chimica e la variazione dell'energia interna decade in tutti i casi in cui la reazione comporti una variazione del volume. Per questi casi, molto frequenti in chimica, si ricorre all''''entalpia''', una grandezza termodinamica indicata col simbolo H e definita come
: <math>H = U + pV \,\!</math>
Durante questo corso di Chimica Organica impieghieremo spesso l'entalpia per considerazioni puramente qualitative sul numero e sulla forza dei legami che si formano o scindono in conseguenza delle reazioni che osserveremo. In particolare da una diminuzione di entalpia intuiremo che si sono formati legami senza che se ne sia rotto alcuno, oppure che si sono formati più legami di quanti se ne siano spezzati, oppure che si sono formati legami più forti di quelli che si sono spezzati.
 
==== Forza e lunghezza di un legame ====
 
== Forza e lunghezza di un legame ==
[[Immagine:En_pot_biatomica.jpg|200px|right]]
Per valutare la forza di un legame o il numero di legami tra due nuclei durante questo corso osserveremo spesso la '''lunghezza di legame''', cioè la distanza tra i due nuclei all'interno della molecola. Per capire il nesso tra queste due grandezze diamo una occhiata all'energia potenziale di un sistema costituito da due atomi che si avvicinano.
 
Per molte coppie di atomi tale lunghezza è stata calcolata in condizioni standard. In [[w:Distanza_di_legame | questa pagina]] della sezione italiana di wikipedia si trovano alcuni esempi.
 
== Rappresentare lo spostamento di elettroni==
{| {{Tabella_Ch_Org}} align=right width=300px
|[[Image:Homo-hetero-lytic-bond.jpg|300px|center]]
|}
'''Una reazione consiste nella formazione o nella rottura di legami chimici''', legami che, come abbiamo visto nel primo capitolo, comportano la compartecipazione di elettroni tra più atomi. Per rappresentare una reazione è perciò conveniente mostrare quali elettroni si spostino e il punto di partenza e di arrivo di tale spostamento. Nelle prime due righe dello schema a destra sono mostrate la '''formazione e la rottura omolitica''' del legame tra gli atomi A e B. Queste consistono rispettivamente nella messa in compartecipazione o sottrazione da parte di A e B di un elettrone ciascuno. Per mostrare che a spostarsi è solo un elettrone si usa la freccia a singola punta. Nella terza riga è mostrata una scissione '''eterolitica''' del legame tra A e B, cioè nella sottrazione dell'intera coppia di elettroni da parte di un solo nucleo. Per rappresentare lo spostamento di una coppia di elettroni si usa la freccia a due punte.
 
== La spontaneità di una reazione e la concentrazione di prodotti e reagenti ==
 
=== L'entropia ===
:<math>\Delta G = \Delta H - T \Delta S \;</math>
Se l'energia libera di Gibbs che caratterizza i prodotti è inferiore a quella dei reagenti, ovvero ΔG < 0, la reazione è spontanea.
 
=== La costante di equilibrio K ===
Un criterio di spontaneità di una reazione chimica viene descritto anche nei corsi di Chimica Generale, attraverso la definizione della costante di equilibrio K. Questa viene definita come il prodotto della concentrazione dei prodotti diviso il prodotto della concentrazione ddei reagenti, così che una reazione risulta spontanea per K >> 1 e non spontanea per K << 1. Il fatto che K e ΔG definiscono lo stesso fenomeno fa intuire che tra le due grandezze ci sia una relazione matematica. In effetti
:<math>K=e^{\Delta G^{0}/RT} \;</math>
 
== Rappresentare lo spostamento di elettroni==
{| {{Tabella_Ch_Org}} align=right width=300px
|[[Image:Homo-hetero-lytic-bond.jpg|300px|center]]
|}
'''Una reazione consiste nella formazione o nella rottura di legami chimici''', legami che, come abbiamo visto nel primo capitolo, comportano la compartecipazione di elettroni tra più atomi. Per rappresentare una reazione è perciò conveniente mostrare quali elettroni si spostino e il punto di partenza e di arrivo di tale spostamento. Nelle prime due righe dello schema a destra sono mostrate la '''formazione e la rottura omolitica''' del legame tra gli atomi A e B. Queste consistono rispettivamente nella messa in compartecipazione o sottrazione da parte di A e B di un elettrone ciascuno. Per mostrare che a spostarsi è solo un elettrone si usa la freccia a singola punta. Nella terza riga è mostrata una scissione '''eterolitica''' del legame tra A e B, cioè nella sottrazione dell'intera coppia di elettroni da parte di un solo nucleo. Per rappresentare lo spostamento di una coppia di elettroni si usa la freccia a due punte.
 
== Il meccanismo di reazione ==
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