Metodi di calcolo dell’entalpia di combustione e legge di Hess
L’entalpia standard di combustione rappresenta il calore sviluppato in condizioni standard di pressione e temperatura durante la combustione di una mole di sostanza in presenza di ossigeno. Prendiamo ad esempio la reazione di combustione del metanolo:
2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O
Per calcolare l’entalpia di combustione di questa reazione, è possibile utilizzare diversi metodi. Un approccio comune è quello di assicurarsi che il coefficiente stechiometrico del combustibile sia pari a uno, al fine di semplificare i calcoli. Dividendo per due i coefficienti della reazione, otteniamo:
CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2 H2O
I dati forniti di solito riguardano l’entalpia standard di formazione di CH3OH, CO2 e H2O. Poiché gli elementi nello stato standard hanno un valore di entalpia di formazione pari a zero, l’entalpia di formazione dell’ossigeno non è fornita. I valori tabulati per il metanolo, il biossido di carbonio e l’acqua sono rispettivamente: -239 kJ/mol, -393 kJ/mol e -286 kJ/mol.
Un metodo comune per calcolare l’entalpia di combustione è utilizzare la legge di Hess. Si parte dal presupposto che se l’entalpia di formazione del metanolo relativa alla reazione C + 2 H2 + ½ O2 → CH3OH è pari a -239 kJ/mol, allora l’entalpia della reazione CH3OH → C + 2 H2 + ½ O2 è di +239 kJ/mol. Utilizzando la legge di Hess, possiamo considerare la reazione come:
C + 2 H2 + ½ O2 + O2 → CO2 + 2 H2O
Dai dati a nostra disposizione, possiamo calcolare l’entalpia dei reagenti e dei prodotti e determinare che l’entalpia standard di combustione è di -726 kJ/mol.
Un altro metodo è calcolare l’entalpia di combustione dalla legge di Hess. Scrivendo le reazioni relative e sommandole si ottiene un risultato simile al metodo precedente, confermando il valore di -726 kJ/mol.
In alternativa, se sono note le entalpie di formazione, è possibile utilizzare l’espressione ΔH = Σ Hf(prodotti) – Σ Hf(reagenti), tenendo conto dei coefficienti stechiometrici, per ottenere lo stesso risultato di -726 kJ/mol.
Infine, un ulteriore metodo prevede l’uso delle entalpie di legame per valutare i legami che si rompono nei reagenti e quelli che si formano nei prodotti, portando anche in questo caso al valore di -726 kJ/mol, sebbene le considerazioni termodinamiche siano leggermente diverse.
In conclusione, esistono diversi metodi per calcolare l’entalpia di combustione, tutti con l’obiettivo di determinare il valore di questa grandezza termodinamica fondamentale per le reazioni di combustione.