Chimica fisica

Considerando le leggi dei gas ideali e il comportamento del volume in funzione della temperatura a pressione costante (legge di Charles), cosa rappresenta fisicamente l'intersezione dell'asse delle ascisse quando si proiettano i dati sperimentali su un grafico cartesiano?

• Segna il punto di liquefazione del gas ideale, oltre il quale le equazioni di stato smettono di essere valide.
• Corrisponde alla temperatura di ebollizione dell'acqua a pressione atmosferica standard.
• Indica la temperatura alla quale il volume del gas diventa nullo, definendo lo zero assoluto della scala termodynamica.
• Rappresenta la temperatura in cui la pressione interna del contenitore eguaglia esattamente quella esterna annullando ogni forza motrice.

Il testo spiega che proiettando i dati su un grafico V-T si ottiene una retta che interseca l'asse delle ascisse a -273,15°C, temperatura definita come zero assoluto e irraggiungibile.

In una trasformazione isotermica di un gas ideale che passa da uno stato iniziale a uno finale attraverso diversi percorsi irreversibili (es. espansione brusca vs espansione graduale in più stadi), quale affermazione descrive correttamente il lavoro compiuto dal sistema?

• Il lavoro dipende solo dalla variazione di pressione totale, indipendentemente dal numero di stadi intermedi.
• Il lavoro è identico per tutti i percorsi perché l'energia interna dipende solo dagli stati iniziale e finale.
• Il lavoro è minimo quando la trasformazione avviene attraverso una successione di stati di equilibrio (processo reversibile).
• Il lavoro è massimo quando la trasformazione avviene attraverso una successione di stati di equilibrio (processo reversibile).

Il testo spiega che l'area sotto la curva reversibile (isoterma) è maggiore di quella associata a qualsiasi altra trasformazione irreversibile, quindi il lavoro massimo si ottiene nel processo reversibile.

In una trasformazione chimica o biologica che avviene a pressione costante (come in un beker aperto), quale grandezza rappresenta direttamente il calore scambiato?

• L'entalpia (ΔH)
• Il prodotto PΔV
• La variazione di energia interna (ΔU)
• Il lavoro meccanico compiuto dal sistema

Il testo conclude che a pressione costante ΔH=q, definendo l'entalpia come la funzione che indica direttamente il calore trasferito in queste condizioni.

Nel processo di vaporizzazione dell'acqua a pressione costante, quale affermazione descrive correttamente la relazione tra il calore assorbito (ΔH) e la variazione di energia interna (ΔU)?

• ΔH è minore di ΔU perché l'energia termica si converte interamente in aumento dell'energia cinetica molecolare.
• ΔH e ΔU sono identici, dato che il passaggio da liquido a vapore non comporta variazioni significative di volume.
• ΔH è uguale a ΔU solo se il sistema è isolato termicamente, altrimenti ΔH supera sempre ΔU.
• ΔH è maggiore di ΔU poiché parte del calore fornito viene utilizzato per compiere lavoro di espansione contro la pressione esterna.

Il testo spiega che durante la vaporizzazione l'energia termica si distribuisce sia come energia immagazzinata (ΔU) sia come lavoro di espansione, rendendo ΔH maggiore di ΔU.

In base alla Legge di Hess e alle proprietà dell'entalpia come funzione di stato, quale delle seguenti affermazioni è corretta?

• L'entalpia standard di formazione degli elementi nel loro stato di riferimento è definita arbitrariamente come positiva.
• La variazione complessiva di entalpia dipende dal percorso specifico seguito durante la trasformazione.
• Il calore specifico a pressione costante è sempre inferiore a quello a volume costante per qualsiasi sostanza.
• La variazione totale di entalpia di un processo è uguale alla somma delle variazioni dei passaggi intermedi, reali o ipotetici.

Il testo spiega che l'entalpia è una funzione di stato e la sua variazione complessiva è indipendente dal percorso, essendo pari alla somma delle variazioni dei passaggi intermedi.