10.1.7.1 Temperatura adiabatica di fiamma La fiamma è la manifestazione di un fenomeno di combustione i cui prodotti gassosi, eccitati per l’elevata temperatura, emettono una radiazione visibile. Tipicamente è un processo continuo in cui combustibile e comburente, tramite un apposito bruciatore, alimentano una reazione di combustione. La velocità della reazione è così elevata che, nel cuore della fiamma, non c’è praticamente il tempo perché il calore sviluppato si trasmetta all’ambiente circostante. Così la temperatura raggiunta corrisponde praticamente a quella della reazione adiabatica ed è detta, appunto, o, anche, . Il calcolo condotto sulla base di una combustione completa del carbonio a CO porta in genere a temperature più elevate di quelle effettive. Infatti nella zona di massima temperatura sono favorite anche reazioni meno esotermiche, p.e., con formazione di CO, o anche endotermiche con formazione di radicali liberi, in ogni caso la combustione potrà essere poi completata in zone più fredde. temperatura adiabatica di fiamma temperatura teorica di combustione 2 La temperatura nel cuore della fiamma 10.2 SPONTANEITÀ ED EQUILIBRIO CHIMICO Abbiamo visto nel § 5.7 l’importanza dell’energia libera nella previsione della spontaneità o meno di una trasformazione. In questo paragrafo vedremo come l’energia di Gibbs caratterizzi lo stato di equilibrio o di , in un verso o nell’altro, delle reazioni chimiche. La spontaneità termodinamica non significa fattibilità pratica, in quanto la termodinamica dà condizioni sì necessarie ma non sufficienti perché una reazione avvenga: è necessario che anche la cinetica sia favorevole. Molte sono le reazioni termodinamicamente spontanee che non avvengono perché cineticamente sfavorite: un esempio, sotto i nostri occhi tutti i giorni, è costituito dagli innumerevoli materiali che coesistono in un’atmosfera al 20% di ossigeno (la nostra) senza bruciare. La relativa reazione di combustione a temperatura ambiente è termodinamicamente favorita ma, come sperimentiamo quotidianamente, in assenza di un innesco, la reazione non avviene. spontaneità termodinamica L’energia di Gibbs caratterizza lo stato di spontaneità termodinamica 10.2.1 Energia di Gibbs – Stato standard – G° di formazione e di reazione Come per l’entalpia, lo stato standard è dato dalla pressione posta attualmente a 1 bar, mentre i dati pregressi si riferiscono spesso a 1 atm. Come l’entalpia, anche l’energia di Gibbs, che la contiene, non è conoscibile in valore assoluto. Per calcolare il ΔG° di reazione si ricorre al , definito come . Similmente, il ΔG° di formazione degli elementi nel loro stato di riferimento è nullo a qualsiasi temperatura. La temperatura a cui sono usualmente tabulati i dati è di 298,15 K (25°C). ΔG° di formazione l’energia di Gibbs standard della reazione di formazione di una mole di un dato composto a partire dagli elementi nel loro stato di riferimento 10.2.1.1 Il ΔG° di reazione Similmente all’entalpia, per la generica reazione a A + b B → c C + d D il alla temperatura T si calcola dai ΔG° di formazione di reagenti e prodotti: ΔG° di reazione