Definizione di entalpia molare di fusione

L’entalpia molare di fusione , a volte chiamata anche calore molare di fusione, è il cambiamento di entalpia del cambiamento di fase da solido a liquido di una mole di sostanza al suo punto di fusione . Poiché la variazione di entalpia è equivalente al calore di un processo svolto a pressione costante, possiamo anche definire l’entalpia molare di fusione come la quantità di calore necessaria per passare una mole di sostanza dallo stato solido allo stato liquido nella sua fusione punto e pressione costante.

Questa entalpia è una proprietà intensiva della materia, quindi dipende unicamente dalla sua composizione, e non dalla quantità del campione con cui si sta lavorando, né dall’estensione o dimensione del sistema. In altre parole, è una proprietà caratteristica di ogni materiale e generalmente si riferisce a sostanze pure.

Ad esempio, l’entalpia di fusione dell’acqua alla pressione di 1 atm è 6,02 kJ/mol, il che significa che occorrono 6,02 kJ per fondere o sciogliere 18 g di acqua solida o ghiaccio (massa corrispondente a una mole di acqua) che sono a 0°C e quindi convertirli in 18 g di acqua liquida, sempre a 0°C.

Simbolo per entalpia molare di fusione

Nel tempo sono esistiti vari modi di rappresentare le entalpie molari, inclusa l’entalpia molare della fusione. Il simbolo universalmente accettato per l’entalpia è H. È una funzione di stato definita dalla differenza tra l’energia interna di un sistema e il prodotto fotovoltaico; in altre parole, H = U – PV. Tuttavia, quando si parla di entalpia di un processo come la fusione, e non di una sostanza, allora ci si riferisce in realtà a una variazione di entalpia del sistema come conseguenza di detto processo. Per questo motivo in questi casi il simbolo dell’entalpia è proprio ΔH.

Poiché è l’entalpia del processo di fusione, fo “fus” viene aggiunto come pedice, cioè ΔH _fus (sebbene f sia usato raramente in quanto può essere confuso con l’entalpia di formazione, che è un concetto diverso). Infine, ci sono due modi in cui di solito si indica che un’entalpia è molare. In precedenza era consuetudine posizionare una barra sopra il simbolo. Tuttavia, per vari motivi, questo modo di rappresentare le grandezze termodinamiche molari è inadeguato, quindi la lettera m (per molare) è stata sostituita dall’aggiunta come pedice, separata dal pedice del processo da una virgola. Ciò significa che il simbolo attualmente accettato per l’entalpia molare di fusione è:

L’entalpia molare standard di fusione

Quando la pressione alla quale viene misurata l’entalpia molare è la pressione standard di 1 atm (o 1 bar, a seconda della convenzione utilizzata) e il processo di cambiamento di fase avviene al punto di fusione normale (che corrisponde al punto di fusione a pressione standard) , allora si chiama entalpia molare standard di fusione , che si indica aggiungendo uno 0 come esponente al simbolo dell’entalpia.

Unità di entalpia molare di fusione

Le unità dell’entalpia molare di fusione sono [energia]/[mol] o, che è lo stesso, [energia].[mol] ^-1 . Queste unità dipendono dal sistema di unità in cui stai lavorando. Ecco alcuni esempi di unità comunemente utilizzate in diversi campi:

• Le unità SI sono J/mol o J.mol ^-1 .
• kJ/mol o kJ.mol ^-1 (queste unità sono molto comuni dato l’ordine di grandezza della maggior parte delle entalpie molari di fusione).
• cal/mol o cal.mol ^-1 .
• kcal/mol o kcal.mol ^-1 o, qual è lo stesso Cal/mol o Cal.mol ^-1 (queste unità sono molto comuni dato l’ordine di grandezza della maggior parte delle entalpie molari di fusione).
• BTU/mol o BTU.mol ^-1 (spesso utilizzato in ingegneria).

L’entalpia molare di fusione rispetto al calore latente di fusione

È un errore relativamente comune confondere l’entalpia molare di fusione con il calore latente di fusione. Il motivo è semplice: entrambi si riferiscono alla quantità di calore necessaria per fondere o fondere una sostanza solida, in entrambi i casi il cambiamento di fase avviene a pressione e temperatura costanti, in entrambi i casi avviene al punto di fusione del solido, ed entrambi sono proprietà intensive della materia. Tuttavia, non sono la stessa cosa.

Per cominciare, il calore latente di fusione è rappresentato dal simbolo L _fus o L _f . Tuttavia, esiste una differenza concettuale più importante relativa alla quantità di sostanza a cui si riferisce ciascun termine. Mentre il calore molare di fusione si riferisce a 1 mole di sostanza , il calore latente di fusione rappresenta la quantità di calore richiesta per fondere un’unità di massa della sostanza, non una mole. Vale a dire che il calore latente è, in realtà, un calore specifico di fusione, le cui unità nel SI sono J/kg.

Determinazione dell’entalpia molare di fusione

determinazione sperimentale

Esistono diversi modi per determinare l’entalpia molare di fusione di una sostanza. Viene misurata sperimentalmente utilizzando un calorimetro . Ad esempio, se vogliamo misurare il calore molare di fusione dell’acqua, possiamo introdurre una massa nota di acqua solida (ghiaccio) in un calorimetro di capacità termica nota e poi lasciare che il ghiaccio si sciolga controllando la temperatura. Quindi, la quantità di calore assorbita dal ghiaccio per sciogliersi può essere determinata dalla variazione di temperatura del calorimetro, che ci dà la quantità di calore da esso rilasciata. Se usiamo un calorimetro isobarico, cioè a pressione costante, questo calore rappresenta direttamente l’entalpia di fusione del campione (nota: è l’entalpia di fusione ΔH _fus, non l’entalpia molare ΔH _m,fus ).

Infine, utilizzando la massa dell’acqua e la sua massa molare (18,02 g/mol), si determina il numero di moli che erano presenti nel campione e si calcola la massa molare di fusione utilizzando la seguente equazione:

Determinazione dal calore latente di fusione

Come accennato in precedenza, il calore latente di fusione è il calore per unità di massa, piuttosto che per mole. Per questo motivo il calore latente di fusione può essere trasformato in calore molare di fusione semplicemente moltiplicandolo per la massa molare della sostanza:

Prima di effettuare il calcolo è necessario verificare la consistenza delle unità ed effettuare le eventuali trasformazioni necessarie.

determinazione teorica

L’entalpia molare di fusione può anche essere calcolata teoricamente da altre grandezze termodinamiche. Ad esempio, se conosciamo i valori delle entalpie standard di formazione del solido e del liquido, nonché le rispettive capacità termiche a pressione costante (rispettivamente C p, m, s e C P, _m , _l ) .

In questi casi si utilizza la Legge di Hess per stabilire due diversi modi di calcolare la variazione di entalpia di fusione in condizioni standard di temperatura e pressione, uno direttamente e l’altro portando il solido al suo normale punto di fusione, effettuando la fusione a detto temperatura e quindi portando il liquido alla temperatura standard alla quale sono riportate le entalpie standard di formazione.

Cioè, viene calcolata l’entalpia dei seguenti processi:

Quanto sopra rappresenta il processo in un’unica fase in cui una certa quantità di A passa dallo stato solido alla temperatura e pressione standard rispettivamente di T ₀ e P ₀ , allo stato liquido alla stessa temperatura e pressione. L’entalpia di questo processo può essere calcolata direttamente dalle entalpie standard di formazione di A in entrambi gli stati.

Questo è lo stesso processo, solo svolto in modo diverso, portando il solido al punto di fusione (T _fus ), fondendolo a quella temperatura, e poi portando il liquido alla temperatura standard T ₀ .

Poiché entrambi i processi iniziano e terminano negli stessi stati, la legge di Hess indica che le variazioni di entalpia totale devono essere uguali, quindi:

Da qui, risolviamo l’equazione per trovare l’entalpia molare di fusione, che ci dà:

Riferimenti

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Calore di fusione. (2020, 15 agosto). https://chem.libretexts.org/@go/page/1936

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