Trasformazioni della materia, energia e ambiente
Energia e trasformazioni della materia
Trasformazioni di energia nelle reazioni chimiche
Come già sappiamo, le reazioni chimiche modificano le sostanze che costituiscono un sistema e questo fatto determina inevitabilmente anche un cambiamento del suo patrimonio di energia chimica. L’energia chimica del sistema prima della reazione corrisponde alla somma dell’energia chimica di tutte le sostanze reagenti. L’energia chimica del sistema al termine della reazione corrisponde a quella delle sostanze prodotte e può accadere che essa sia maggiore o minore di quella delle sostanze reagenti.
Anche in questo caso la valutazione dell’effetto energetico complessivo della trasformazione risulta più semplice se immaginiamo che la trasformazione avvenga in un sistema isolato. Come si può vedere dalle rappresentazioni della figura ►11, nelle reazioni esotermiche l’energia chimica del sistema diminuisce mentre nelle reazioni endotermiche l’energia chimica aumenta.
Se, come accade nella realtà, il sistema non è isolato, l’energia termica liberata (o assorbita) dal sistema viene scambiata (ceduta o assorbita) con l’ambiente: possiamo comunque affermare che nelle trasformazioni esotermiche l’energia chimica del sistema diminuisce sempre mentre in quelle endotermiche essa aumenta sempre.
È importante ricordare che esistono numerose reazioni in cui l’energia chimica non viene trasformata in energia termica, o almeno non completamente. Per esempio, nelle pile avvengono reazioni che trasformano energia chimica in energia elettrica e sono note non poche reazioni che liberano energia radiante.
Proprio perché l’energia chimica può trasformarsi in forme di energia differenti da quella termica, si usa in generale l’espressione reazioni esoenergetiche. In modo analogo, si chiamano reazioni endoenergetiche quelle in cui un sistema assorbe una qualche forma di energia per trasformarla in energia chimica (figura ►12).
Vediamo ora come si può interpretare l’effetto energetico di una reazione chimica
Come sappiamo già, nelle reazioni chimiche alcuni legami presenti tra gli atomi dei reagenti si rompono e si formano altri legami che danno vita ai prodotti. Per rompere un legame chimico occorre fornire energia, mentre quando il legame si forma il sistema libera energia. Le reazioni esotermiche sono quelle in cui l’energia utilizzata dal sistema per rompere i legami nelle particelle dei reagenti è minore di quella che si ottiene nella formazione dei nuovi legami nelle particelle dei prodotti. Viceversa, nelle reazioni endotermiche l’energia utilizzata dal sistema per rompere i legami nelle particelle dei reagenti è maggiore dell’energia liberata nella formazione dei legami nelle particelle dei prodotti (figura ►13).
Rappresentazione della variazione di energia chimica nelle reazioni esotermiche ed endotermiche quando avvengono in un sistema isolato.
In una reazione endoenergetica i reagenti posseggono meno energia chimica dei prodotti: il sistema deve trasformare altre forme di energia in energia chimica. Per altre forme si intende energia termica, energia elettrica, energia luminosa, eccetera. Per esempio, durante la ricarica di una pila, l’energia elettrica fornita viene convertita in energia chimica.
Rappresentazione dell’energia in gioco nella reazione di combustione dell’idrogeno. Per rompere i legami tra gli atomi nelle molecole dei reagenti occorre fornire energia. Nella formazione dei legami tra gli atomi nelle molecole di acqua si libera energia. Questo bilancio molto favorevole all’energia in uscita spiega perché la reazione di combustione dell’idrogeno è fortemente esotermica.
