Energia Chimica: Kinetica e Potenziale
L’energia chimica rappresenta la capacità di una sostanza chimica di subire trasformazioni attraverso una reazione chimica o di trasformare altre sostanze. Si tratta di una forma di energia interna immagazzinata nei legami chimici che varia durante una reazione.
Le molecole sono dotate di energia termica a qualsiasi temperatura superiore allo zero assoluto grazie all’energia cinetica associata ai diversi movimenti. Le molecole poliatomiche possiedono energia potenziale sotto forma di legami chimici.
Le sostanze chimiche sono costituite da atomi che, a loro volta, sono formati da nuclei con carica positiva circondati da elettroni con carica negativa.
Ad esempio, una molecola biatomica come l’H2 presenta un legame covalente a causa della condivisione degli elettroni. L’energia potenziale totale della molecola è determinata dalla somma delle repulsioni tra cariche uguali (nucleo-nucleo, elettrone-elettrone) e dell’attrazione tra cariche opposte (nucleo-elettrone).
Energia Potenziale e Distanza
L’energia potenziale di una molecola dipende dalle posizioni relative medie dei suoi costituenti nuclei ed elettroni nel tempo. Questa dipendenza può essere espressa mediante una curva che rappresenta l’energia potenziale in funzione della distanza.
Nel caso dell’idrogeno gassoso, ad esempio, le molecole si muovono liberamente da un luogo all’altro e possiedono energia cinetica traslazionale, dove la velocità media delle molecole dipende dalla temperatura. Inoltre, le molecole presentano altri tipi di moto, come quello vibrazionale e rotazionale, che contribuiscono all’energia cinetica totale.
L’energia totale della molecola, nota come energia interna (U), è la somma dell’energia potenziale totale e dell’energia cinetica totale.
Le reazioni chimiche possono avvenire con emissione di energia (reazioni esotermiche) o con assorbimento di energia (reazioni endotermiche). Nelle reazioni esotermiche, l’energia potenziale si converte in energia cinetica mentre nelle reazioni endotermiche, l’energia cinetica si converte in energia potenziale.
La variazione di energia interna di un processo è uguale al calore erogato o assorbito se è misurato a volume costante, ad esempio in una bomba calorimetrica.
