Il potenziale chimico

1. Il potenziale chimico La condizione di spontaneità per un processo a P e T costante è Sembrerebbe che a P e T costante sia sempre dG=0! In realtà G è una grandezza estensiva e dipende anche dal numero di moli di ciascun componente.

2. È proprio nei casi in cui varia la composizione del sistema, a P e T costante (reazioni chimiche, transizioni di fase), che la condizione dG<0 è utile per determinare la direzione di un processo. A P e T costante i termini in dP e dT scompaiono: La derivata parziale di G rispetto al numero di moli di un componente si dice potenziale chimico:

3. Il potenziale chimico A P e T costante: PROCESSO SPONTANEO EQUILIBRIO

4. Il potenziale chimico Potenziale chimico per un componente puro: Il potenziale chimico del componente puro coincide con la sua energia libera molare.

5. Dipendenza del potenziale chimico dalla pressione: I volumi molari sono grandezze necessariamente positive, quindi il potenziale chimico aumenta sempre all’aumentare della pressione. Dipendenza del potenziale chimico dalla temperatura: Le entropie molari molari sono grandezze necessariamente positive, quindi il potenziale chimico diminuisce sempre all’aumentare della temperatura.

6. Potenziale chimico ed equilibrio Equilibrio tra fasi per una sostanza pura Fase = una porzione di sostanza uniforme per composizione chimica e stato di aggregazione. A p e T costanti e in presenza di due fasi  e β : All’equilibrio: dG = 0

7. Poiché: E quindi: All’equilibrio, i potenziali chimici di ogni componente nelle diverse fasi devono essere uguali.

8. Dipendenza della stabilità di fase dalla temperatura Per un componente: Generalmente: Gm p costante -Sm(solido) -Sm(liquido) solido -Sm(gas) liquido gas Tf Tb T Nei punti di transizione di fase (intersezione delle rette): Fusione: Ebollizione:

9. Dipendenza della stabilità di fase dalla pressione Per un componente: Generalmente: T costante Gm Vm(gas) Vm(solido) Vm(liquido) solido liquido gas pcond psol p

10. p liquido solido vapore T Diagrammi di stato (p,T)

11. Vm(solido)<Vm(liquido) P(atm) liquido Punto critico Punto triplo solido vapore 273.16 T(K) Diagramma di stato dell'acqua Punto triplo = condizioni uniche di pressione e temperatura alle quali coesistono la fase liquida, solida e gassosa. Punto critico = condizioni di temperatura e pressione al di sopra delle quali esiste solo la fase vapore.

12. Potenziale chimico e reazioni chimiche Per una generica reazione (p, T costanti): 2A + 3B  C + 2D La variazione del numero di moli di ciascuna specie non è arbitraria, ma è fissata dalla stechiometria della reazione:

13. La reazione procede spontaneamente nella direzione dG<0 La reazione procede spontaneamente verso i reagenti La reazione procede spontaneamente verso i prodotti

14. La reazione è all’equilibrio All’equilibrio la somma dei potenziali chimici dei reagenti deve essere uguale alla somma dei potenziali chimici dei prodotti (ciascuno moltiplicato per il proprio coefficiente stechiometrico).

15. Potenziale chimico di un gas puro Stato standard: stato della sostanza pura alla pressione di 1 bar e alla temperatura T (p0=1).

16. Per un gas reale al posto della pressione si introduce la fugacità, f: f =   p Tutti i gas reali hanno lo stesso stato standard di riferimento.

17. Potenziale chimico di una miscela di gas Consideriamo un gas ad una certa temperatura T e pressione totale p Se è puro: pi=p Nel caso di una miscela di gas ideali: pi=xip