La termochimica è una branca della termodinamica che si occupa dello studio delle conversioni di energia chimica in energia termica e viceversa. Questo ramo della scienza è caratterizzato da complessi esercizi matematici che coinvolgono calore specifico, variazione di temperatura e quantità di sostanza. Uno degli aspetti chiave della termochimica è la legge di conservazione dell’energia, secondo la quale in un sistema chiuso l’energia totale rimane costante e il calore ceduto deve essere uguale al calore acquisito.
Esercizio 1: Calcolo della variazione di temperatura di una biglia di piombo
Una biglia di piombo con massa di 4.40 g e velocità di 250.0 m/s colpisce una lastra di acciaio convertendo tutta l’energia cinetica in energia termica. Utilizzando il calore specifico del piombo (0.128 J/g°C), si calcola la variazione di temperatura della biglia, che risulta essere di 488 °C.
Esercizio 2: Calcolo della variazione di entalpia dell’acido citrico
Si considera una soluzione di acido citrico e idrossido di sodio, dove si neutralizza l’acido a una temperatura iniziale di 26.0 °C. Dopo la neutralizzazione, la temperatura diviene di 27.9 °C. Utilizzando il calore specifico della soluzione e le quantità di sostanze coinvolte, si calcola la variazione di entalpia per 2.15 moli di acido citrico, ottenendo il risultato di 264 kJ.
Esercizio 3: Calcolo della lunghezza del lato di un cubo di uranio
Si analizza il processo di immersione di un cubo di uranio in acqua pesante, determinando la variazione di temperatura e la massa del cubo. Utilizzando la densità dell’uranio e dell’acqua pesante, si calcola la lunghezza del lato del cubo, ottenendo 3.30 cm.
Esercizio 4: Calcolo delle moli di fotoni necessarie per innalzare la temperatura dell’acqua
Si determina il numero di moli di fotoni di una radiazione specifica richiesti per innalzare la temperatura di una massa di acqua da 26.5 °C a 99.8 °C. Attraverso calcoli basati sull’energia e sulla lunghezza d’onda dei fotoni, si ottiene il numero di moli di fotoni necessarie, che ammonta a 1.27 ∙ 10^5 moli.
