Grado di libertà (termodinamica)

numero di variabili di un sistema termodinamico che si possono modificare senza alterarne lo stato d'equilibrio
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In termodinamica il grado di libertà, o varianza, indica il numero di variabili (temperatura, pressione, concentrazione) che si possono modificare senza che venga alterato lo stato d'equilibrio di un sistema[1], ad esempio attraverso la sparizione di una o più fasi.

Regola di GibbsModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Regola delle fasi.

La varianza, che esprime il numero di gradi di libertà, in termodinamica è definita dalla relazione:

 

dove:

  •   è la varianza
  •   rappresenta il numero di componenti chimici indipendenti del sistema
  •   corrisponde al numero di fasi presenti nel sistema
  •   è il numero di fattori fisici efficienti

Solitamente le componenti vengono definite come  , mentre  , ovvero pressione e temperatura.

Significato chimicoModifica

In chimica, il grado di libertà di una molecola costituita da un numero   di atomi viene utilizzato per descrivere in modo completo il movimento di ogni singolo atomo facendo riferimento a una terna di assi cartesiani ortogonali  . Ogni atomo, dunque possiede 3 gradi di libertà e la molecola possiede complessivamente   gradi di libertà. Questo valore comprende tutti i possibili movimenti della molecola: traslazioni, vibrazioni, rotazioni. Da notare come i gradi di libertà totali di una molecola, a parità di numero di atomi che la compongono, possano essere nella realtà minori rispetto a quelli prevedibili teoricamente per un dato movimento: ad esempio, una molecola con simmetria lineare possiede un grado di libertà rotazionale in meno a causa del fatto che la rotazione lungo l'asse x in realtà non è legata ad alcun reale movimento netto di massa. Essendo   i gradi di libertà totali, per molecole lineari si avranno   gradi di libertà vibrazionali mentre per molecole non lineari tali gradi di libertà saranno  , poiché entra in gioco anche la rotazione lungo l'asse  .

NoteModifica

  1. ^ Silvestroni, p. 324.

BibliografiaModifica

  • Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10ª ed., CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8.

Voci correlateModifica

Collegamenti esterniModifica