SISTEMI, STATI E FUNZIONI DI STATO

SISTEMI, STATI E FUNZIONI DI STATO.

Nell'eseguire un'esperienza si sceglie la parte dell'universo che interessa e si cerca di isolarla da qualunque perturbazione non controllata. Tale oggetto, di cui si vogliono studiare le proprietà, è chiamato sistema.

Tutte le altre parti dell'universo, le cui proprietà non siano di immediato interesse, sono chiamate ambiente esterno.

L'insieme delle proprietà che caratterizzano un sistema, ne definiscono lo stato.

Se le proprietà che definiscono lo stato di un sistema non tendono a cambiare nel tempo finché il sistema sia isolato, cioè non subisca l'azione di fattori esterni, si dice che esso si trova in uno stato di equilibrio.

La termodinamica si occupa degli stati di equilibrio dei sistemi e consente di stabilire con le sue leggi le condizioni di equilibrio, e quindi di prevedere le trasformazioni che debbono avvenire in un sistema perché tali condizioni vengano raggiunte, indipendentemente dalla velocità con cui il sistema si evolve verso le condizioni di equilibrio. Quindi il ragionamento termodinamico può essere usato per stabilire, in linea di principio, se si può passare da uno stato particolare dei reagenti a qualche stato particolare dei prodotti di reazione, ma esso non stabilisce se tale cambiamento può verificarsi in un tempo finito. Al contrario la cinetica studia le velocità con cui avvengono le trasformazioni.

La descrizione dei sistemi termodinamici è fatta riportando i valori di certe entità chiamate funzioni di stato:

Una funzione di stato è una proprietà di un sistema che ha per ogni stato un certo valore definito e che è indipendente dal modo in cui lo stato viene raggiunto.

In altre parole ciascuna funzione di stato deve assumere un unico determinato valore per ogni particolare stato, essendo impossibile, in base alle definizioni date, realizzare lo stesso stato in modi diversi che corrispondano a proprietà differenti e, quindi, a differenti valori delle funzioni di stato.

Pressione, temperatura e volume molare sono, per esempio, funzioni di stato ed assumono determinati valori per ogni stato: è infatti impossibile pensare di poter cambiare il valori di una di queste funzioni senza alterare le proprietà del sistema, e quindi il suo stato.

Alcune funzioni di stato, come temperatura e pressione, sono grandezze intensive, indipendenti, cioè, dalla quantità di materia che costituisce il sistema; altre, come volume, energia interna, etc, sono grandezze estensive, che dipendono cioè anche dalla estensione del sistema. Per queste ultime grandezze è spesso utile fare riferimento ad una quantità ben determinata del sistema in esame, per esempio una mole, in modo da renderci indipendenti dalla estensione totale del sistema.

Le funzioni di stato hanno due importantissime proprietà:

Assegnando dei valori ad alcune funzioni di stato (di solito due o tre) si stabiliscono automaticamente i valori di tutte le altre, cioè le funzioni di stato di un sistema non sono tutte indipendenti, ma esistono tra di esse relazioni dette equazioni di stato.

Se si muta lo stato di un sistema, le variazioni delle funzioni di stato dipendono soltanto dagli stati iniziale e finale del sistema, e non dal modo in cui tale cambiamento si compie.

Pertanto le funzioni di stato sono importanti in termodinamica poiché essa tratta soltanto degli stati di equilibrio, e non di come si verifica una variazione di stato.