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Le reazioni chimiche
Una reazione chimica è un processo che porta
alla formazione di nuove sostanze, i prodotti,
trasformando profondamente le sostanze di
partenza, i reagenti.



                 reazione chimica
     REAGENTI                       PRODOTTI
Sistema e ambiente
Si definiscono “sistemi chimici” le sostanze
(reagenti     e prodotti) che partecipano alle
trasformazioni fisiche e chimiche della materia.
Tutto ciò che circonda il sistema viene definito
“ambiente”.
 I sistemi aperti scambiano con l’ambiente sia
 materia che energia.
                                     energia
    materia          ambiente
                     sistema
I sistemi chiusi scambiano con l’ambiente
solo l’energia, ma non materia.
                   ambiente

                    sistema




I sistemi isolati non scambiano on
l’ambiente né materia né energia.

                    ambiente

                     sistema
Reazioni ed energia
Nel corso di una reazione chimica si rompono
dei legami e se ne formano di nuovi: il
passaggio dai reagenti ai prodotti è sempre
accompagnato da una variazione di energia
chimica potenziale. In molti casi l’energia
potenziale diminuisce , cioè i prodotti
possiedono un’energia potenziale inferiore a
quella dei reagenti, in altri casi accade
l’inverso. Queste trasformazioni energetiche
consistono, quasi sempre, in trasferimenti e
scambi di calore o lavoro, (ad esempio lavoro
elettrico in una pila o lavoro meccanico dovuto
all’espansione di un gas che si forma nel
corso di una reazione) tra sistema e ambiente.
Reazioni esotermiche
Le reazioni che avvengono con produzione di
calore, cioè trasferiscono energia dal sistema
all’ambiente, sono esotermiche.
     C + O2         CO2 + calore


  C6H12O6 +   O2     6 CO2 + 6 H2O + calore


In questa reazione non risultano importanti i
prodotti di reazione, bensì il calore emesso.
Reazione esotermica




CALORE              CALORE

         SISTEMA


         AMBIENTE
Il calore di reazione
Il calore emesso nel corso della reazione ha come fonte
l’energia dei legami delle molecole. Nella combustione
del metano, ad esempio:
       H            O   O                             O

   H   C    H   +                   O   C   O +   H       H

       H            O   O                             O

                                                  H       H

L’energia immagazzinata nei legami C H del metano e nei
legami O O dell’ossigeno è maggiore dell’energia dei
legami C O dell’anidride carbonica e dei legami H O
dell’acqua. Parte dell’energia immagazzinata nei legami dei
reagenti si libera sotto forma di calore, il resto viene
immagazzinato nei legami prodotti. Si formano molecole più
stabili, con legami più forti.
Reazioni endotermiche

Si definiscono endotermiche le reazioni che
avvengono con assorbimento di calore
dall’ambiente.


   N2 + O2 + energia        2NO
   H2 +   I2 + energia      2HI
      CaCO3 + energia        CaO + CO2
Reazione endotermica




CALORE              CALORE

         SISTEMA


         AMBIENTE
L’energia e le sostanze chimiche
L’energia delle molecole è uguale alla somma
della loro energia cinetica e di quella
potenziale. L’energia cinetica si concretizza in
movimenti di traslazione (spostamento),
rotazione    (su    sé    stesse),   vibrazione
(oscillazione o variazione della distanza tra
atomi)
L’energia potenziale è legata alla posizione
reciproca delle particelle cariche che
compongono atomi, molecole e ioni.
L’energia potenziale delle particelle di carica
opposta è maggiore se esse sono lontane e
minore si sono vicine. Il contrario si ha per
le particelle con la stessa carica. Nel corso
di una reazione la posizione reciproca delle
particelle cariche si modifica, in seguito alla
rottura di alcuni legami e alla formazione di
altri. Si ha così una variazione dell’energia
potenziale.
Cl Cl         H H
energia




           molecole reagenti (H2 e Cl2)




          H2    +      Cl2                     2HCl

                               H   Cl      H   Cl
                              molecole prodotte (HCl)

           Energia
                                                        Energia
L’entalpia
L’energia potenziale, l’energia di legame,
contenuta da ogni sostanza, viene definita
entalpia ed indicata con H. L’entalpia è una
grandezza estensiva, e, se riferita ad una mole
di sostanza, si definisce entalpia molare.


             H = ENTALPIA
Se la reazione avviene a pressione costante, il
calore assorbito o emesso nel corso di reazione
coincide con la variazione di entalpia ΔH. Il
simbolo “Δ” indica variazione.

               ΔH = H prodotti – H reagenti


 In una reazione esotermica il ΔH è negativo.
                ΔH < 0
 In una reazione endotermica il ΔH è positivo.
                 ΔH > 0
REAZIONI ESOTERMICHE
                  reagenti

              C(s) + O2(g)
 ENTALPIA H




                                            ΔH<0
                             CO2(g)


                                 prodotti



Il ΔH è negativo, la reazione è esotermica
REAZIONI
ENDOTERMICHE
                               prodotti
                         2NO
 ENTALPIA H




                                 ΔH>0
               N2 + O2


              reagenti



Il ΔH è positivo, la reazione è endotermica
Calcolo del ΔH di una reazione con le
energie di legame
Con le energie di legame è possibile calcolare il calore (ΔH)
di una reazione tra sostanze gassose:
            H    H + Cl   Cl         2H   Cl
La reazione richiede due passaggi:
-Scissione delle molecole dei reagenti (processo che richiede
energia)

        H    H                        H   +    H


Energia per spezzare una mole di H2= + 436 kJ
Cl        Cl                Cl       +        Cl

Energia per spezzare una mole di Cl2= +242 kJ
        Totale energia richiesta: +678 kJ
-Formazione dei legami nei prodotti di reazione (processo che
comporta emissione di energia)

       H        Cl
                              H   Cl        H       Cl
       H        Cl
Energia liberata nella formazione di due moli di HCl=-862
kJ.
Calore di reazione ΔH = +687 kJ (energia necessaria per
rompere i legami vecchi) + (-862 kJ) (energia liberata nella
formazione dei legami nuovi)= -184 kJ. La reazione è
esotermica, perché il ΔH è negativo

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Le reazioni chimiche

  • 2. Una reazione chimica è un processo che porta alla formazione di nuove sostanze, i prodotti, trasformando profondamente le sostanze di partenza, i reagenti. reazione chimica REAGENTI PRODOTTI
  • 3. Sistema e ambiente Si definiscono “sistemi chimici” le sostanze (reagenti e prodotti) che partecipano alle trasformazioni fisiche e chimiche della materia. Tutto ciò che circonda il sistema viene definito “ambiente”. I sistemi aperti scambiano con l’ambiente sia materia che energia. energia materia ambiente sistema
  • 4. I sistemi chiusi scambiano con l’ambiente solo l’energia, ma non materia. ambiente sistema I sistemi isolati non scambiano on l’ambiente né materia né energia. ambiente sistema
  • 5. Reazioni ed energia Nel corso di una reazione chimica si rompono dei legami e se ne formano di nuovi: il passaggio dai reagenti ai prodotti è sempre accompagnato da una variazione di energia chimica potenziale. In molti casi l’energia potenziale diminuisce , cioè i prodotti possiedono un’energia potenziale inferiore a quella dei reagenti, in altri casi accade l’inverso. Queste trasformazioni energetiche consistono, quasi sempre, in trasferimenti e scambi di calore o lavoro, (ad esempio lavoro elettrico in una pila o lavoro meccanico dovuto all’espansione di un gas che si forma nel corso di una reazione) tra sistema e ambiente.
  • 6. Reazioni esotermiche Le reazioni che avvengono con produzione di calore, cioè trasferiscono energia dal sistema all’ambiente, sono esotermiche. C + O2 CO2 + calore C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O + calore In questa reazione non risultano importanti i prodotti di reazione, bensì il calore emesso.
  • 7. Reazione esotermica CALORE CALORE SISTEMA AMBIENTE
  • 8. Il calore di reazione Il calore emesso nel corso della reazione ha come fonte l’energia dei legami delle molecole. Nella combustione del metano, ad esempio: H O O O H C H + O C O + H H H O O O H H L’energia immagazzinata nei legami C H del metano e nei legami O O dell’ossigeno è maggiore dell’energia dei legami C O dell’anidride carbonica e dei legami H O dell’acqua. Parte dell’energia immagazzinata nei legami dei reagenti si libera sotto forma di calore, il resto viene immagazzinato nei legami prodotti. Si formano molecole più stabili, con legami più forti.
  • 9. Reazioni endotermiche Si definiscono endotermiche le reazioni che avvengono con assorbimento di calore dall’ambiente. N2 + O2 + energia 2NO H2 + I2 + energia 2HI CaCO3 + energia CaO + CO2
  • 10. Reazione endotermica CALORE CALORE SISTEMA AMBIENTE
  • 11. L’energia e le sostanze chimiche L’energia delle molecole è uguale alla somma della loro energia cinetica e di quella potenziale. L’energia cinetica si concretizza in movimenti di traslazione (spostamento), rotazione (su sé stesse), vibrazione (oscillazione o variazione della distanza tra atomi)
  • 12. L’energia potenziale è legata alla posizione reciproca delle particelle cariche che compongono atomi, molecole e ioni. L’energia potenziale delle particelle di carica opposta è maggiore se esse sono lontane e minore si sono vicine. Il contrario si ha per le particelle con la stessa carica. Nel corso di una reazione la posizione reciproca delle particelle cariche si modifica, in seguito alla rottura di alcuni legami e alla formazione di altri. Si ha così una variazione dell’energia potenziale.
  • 13. Cl Cl H H energia molecole reagenti (H2 e Cl2) H2 + Cl2 2HCl H Cl H Cl molecole prodotte (HCl) Energia Energia
  • 14. L’entalpia L’energia potenziale, l’energia di legame, contenuta da ogni sostanza, viene definita entalpia ed indicata con H. L’entalpia è una grandezza estensiva, e, se riferita ad una mole di sostanza, si definisce entalpia molare. H = ENTALPIA
  • 15. Se la reazione avviene a pressione costante, il calore assorbito o emesso nel corso di reazione coincide con la variazione di entalpia ΔH. Il simbolo “Δ” indica variazione. ΔH = H prodotti – H reagenti In una reazione esotermica il ΔH è negativo. ΔH < 0 In una reazione endotermica il ΔH è positivo. ΔH > 0
  • 16. REAZIONI ESOTERMICHE reagenti C(s) + O2(g) ENTALPIA H ΔH<0 CO2(g) prodotti Il ΔH è negativo, la reazione è esotermica
  • 17. REAZIONI ENDOTERMICHE prodotti 2NO ENTALPIA H ΔH>0 N2 + O2 reagenti Il ΔH è positivo, la reazione è endotermica
  • 18. Calcolo del ΔH di una reazione con le energie di legame Con le energie di legame è possibile calcolare il calore (ΔH) di una reazione tra sostanze gassose: H H + Cl Cl 2H Cl La reazione richiede due passaggi: -Scissione delle molecole dei reagenti (processo che richiede energia) H H H + H Energia per spezzare una mole di H2= + 436 kJ
  • 19. Cl Cl Cl + Cl Energia per spezzare una mole di Cl2= +242 kJ Totale energia richiesta: +678 kJ -Formazione dei legami nei prodotti di reazione (processo che comporta emissione di energia) H Cl H Cl H Cl H Cl Energia liberata nella formazione di due moli di HCl=-862 kJ. Calore di reazione ΔH = +687 kJ (energia necessaria per rompere i legami vecchi) + (-862 kJ) (energia liberata nella formazione dei legami nuovi)= -184 kJ. La reazione è esotermica, perché il ΔH è negativo