Le forze intermolecolari, i liquidi e i solidi

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1 CAPITOLO 11 Le forze intermolecolari, i liquidi e i solidi 11.7 ICl possiede un momento dipolare e Br 2 non lo possiede. Il momento dipolare aumenta le attrazioni intermolecolari tra le molecole di ICl e fa si che la sostanza abbia un punto di fusione maggiore rispetto al bromo Strategia: classifica le specie in tre categorie: ioniche, polari (che possiedono un momento dipolare), e apolari. Ricorda che le forze di dispersione esistono tra tutte le specie. Soluzione: le tre molecole sono sostanzialmente apolari. C è una piccola differenza di elettronegatività tra il carbonio e l idrogeno. Così, l unico tipo di attrazione intermolecolare in queste molecole sono le forze di dispersione. Essendo uguali gli altri fattori, la molecola con il maggior numero di elettroni eserciterà attrazioni intermolecolari maggiori. Guardando le formule molecolari, puoi prevedere che l ordine di punto di ebollizione crescente sarà CH 4 < C 3 H 8 < C 4 H 10. In un giorno molto freddo, il propano e il butano sarebbero liquidi (punti di ebollizione C e C, rispettivamente); solo il metano sarebbe ancora un gas (punto di ebollizione C) Tutti i composti sono tetraedrici (tipo AB 4 ) e apolari. Quindi, le sole forze intermolecolari possibili sono le forze di dispersione. Senza preoccuparsi della causa delle forze di dispersione, devi sapere soltanto che l intensità delle forze di dispersione aumenta con il numero di elettroni nella molecola (essendo tutte le altre cose uguali). Di conseguenza, la grandezza delle attrazioni intermolecolari e dei punti di ebollizione aumenterà all aumentare della massa molare (a) Le molecole di benzene (C 6 H 6 ) sono apolari. Saranno presenti solo forze di dispersione. (b) Le molecole di cloroformio (CH 3 Cl) sono polari (perché?). Saranno presenti forze di dispersione e dipolo dipolo. (c) Le molecole di trifluoruro di fosforo (PF 3 ) sono polari. Saranno presenti forze di dispersione e dipolo dipolo. (d) Il cloruro di sodio (NaCl) è un composto ionico. Saranno presenti forze ione ione (e di dispersione).

2 (e) Le molecole di disolfuro di carbonio (CS 2 ) sono apolari. Saranno presenti solo forze di dispersione La molecola di ammoniaca centrale è legata con legame idrogeno alle altre due molecole di ammoniaca In questo problema devi classificare le specie capaci di formare legami idrogeno con sé stesse, non con l acqua. Perché una molecola sia capace di formare legami idrogeno con un altra molecola simile a sé stessa, deve avere almeno un atomo di idrogeno legato a N, O, o F. Tra le opzioni, soltanto (e) CH 3 COOH (acido acetico) mostra queste caratteristiche strutturali. Le altre non possono formare legami idrogeno con sé stesse CO 2 è un composto molecolare apolare. La sola forza intermolecolare presente è una forza di dispersione relativamente debole (massa molare piccola). CO 2 avrà il punto di ebollizione più basso. CH 3 Br è una molecola polare. Saranno presenti forze di dispersione (presenti in tutte le sostanze) e forze dipolo dipolo. Questo composto ha il secondo punto di ebollizione in ordine crescente. CH 3 OH è polare e può formare legami idrogeno, che sono attrazioni dipolo dipolo particolarmente forti. Le forze di dispersione e i legami idrogeno sono presenti per dare a questa sostanza il terzo punto di ebollizione in ordine crescente. RbF è un composto ionico (perché?). le attrazioni ione ione sono più forti di qualsiasi forza intermolecolare. RbF ha il più alto punto di ebollizione.

3 11.14 Strategia: la molecola con le forze intermolecolari più intense avrà il punto di ebollizione più alto. Se una molecola contiene un legame N H, O H, o F H può formare legami idrogeno intermolecolari. Un legame idrogeno è un attrazione dipolo dipolo intermolecolare forte. Soluzione: l 1-butanolo ha il punto di ebollizione più alto perché le molecole possono formare legami idrogeno l una con l altra (contiene un legame O H). L etere dietilico contiene sia atomi di ossigeno sia di idrogeno. Tuttavia, tutti gli atomi di idrogeno sono legati al carbonio, non all ossigeno. Non ci sono legami idrogeno nell etere dietilico, perché il carbonio non è abbastanza elettronegativo (a) O 2 : ha più elettroni di N 2 (entrambi sono apolari) e quindi ha forze di dispersione più intense. (b) SO 2 : è polare (più importante) ed ha anche più elettroni di CO 2 (apolare). Più elettroni implica forze di dispersione più intense. (c) HF: sebbene HI abbia più elettroni ed eserciti quindi forze di dispersione più intense, HF è capace di formare legami idrogeno a differenza di HI. Il legame idrogeno è la forza di attrazione più intensa (a) Xe: ha più elettroni e quindi forze di dispersione più intense. (b) CS 2 : ha più elettroni (entrambe le molecole sono apolari) e quindi forze di dispersione più intense. (c) Cl 2 : ha più elettroni (entrambe le molecole sono apolari) e quindi forze di dispersione più intense. (d) LiF: è un composto ionico, e le attrazioni ione ione sono più intense delle forze di dispersione tra le molecole di F 2. (e) NH 3 : può formare legame idrogeno, mentre PH 3 non può (a) CH 4 ha un punto di ebollizione più basso perché NH 3 è polare e può formare legami idrogeno. CH 4 è apolare e può formare solo deboli attrazioni attraverso forze di dispersione. (b) KCl è un composto ionico. Le forze ione ione sono più intense di qualsiasi forza intermolecolare. I 2 è una sostanza molecolare apolare; sono possibili solo deboli forze di dispersione.

4 11.18 Strategia: classifica le specie in tre categorie: ioniche, polari (che possiedono un momento di dipolo) e apolari. Guarda anche le molecole che contengono un legame N H, O H, o F H, le quali sono capaci di formare legami idrogeno intermolecolari. Ricorda che le forze di dispersione esistono tra tutte le specie. Soluzione: (a) L acqua ha legami O H. Quindi, le molecole d acqua possono formare legami idrogeno. Le forze di attrazione che devono essere vinte sono legami idrogeno e forze di dispersione. (b) Le molecole di bromo (Br 2 ) sono apolari. Devono essere vinte solo forze di dispersione. (c) Le molecole di iodio (I 2 ) sono apolari. Devono essere vinte solo forze di dispersione. (d) In questo caso, deve essere rotto il legame F F. Questa è una forza intramolecolare tra i due atomi di F, non una forza intermolecolare tra le molecole di F 2. Devono essere vinte le forze di attrazione del legame covalente La struttura lineare (n-butano) ha il punto di ebollizione più alto (-0.5 C) rispetto alla struttura ramificata (2-metlpropano, punto di ebollizione C) perché la forma lineare può essere ammassata insieme facilmente Il composto col punto di fusione più basso (mostrato sotto) può formare legami idrogeno solo con sé stesso (legami idrogeno intramolecolari), come mostrato in figura. Tali legami non contribuiscono all attrazione intermolecolare e non aiutano ad innalzare il punto di fusione del composto. L altro composto può formare legami idrogeno intermolecolari; quindi richiederà una temperatura maggiore per far sì che le molecole del liquido acquistino energia cinetica sufficiente a superare queste forze di attrazione e passare nella fase gassosa.

5 11.31 Le molecole di etanolo possono attrarsi l una con l altra con forti legami a idrogeno; le molecole di etere dimetilico non possono (perché?). la tensione superficiale dell etanolo è maggiore di quella dell etere dimetilico a causa delle forze intermolecolari più intense (i legami a idrogeno). Nota che l etanolo e l etere dimetilico hanno la stessa massa molare e la stessa formula molecolare, così le attrazioni risultanti dalle forze di dispersione saranno uguali Il glicole etilenico ha due gruppi OH, che consentono di esercitare intense forze intermolecolari attraverso legami idrogeno. La sua viscosità è intermedia tra quella dell etanolo (1 gruppo OH) e il glicerolo (3 gruppi OH) Vedi la Tabella 11.4 del testo. Nella tabella ci sono le descrizioni di ogni tipo di cristallo e per ciascuno vengono forniti degli esempi Vedi la Tabella 11.4 del testo. Le proprietà elencate sono quelle di un solido ionico Vedi la Tabella 11.4 del testo. Le proprietà elencate sono quelle di un solido molecolare Vedi la Tabella 11.4 del testo. Le proprietà elencate sono quelle di un solido covalente In un metallo, gli elettroni di legame sono distribuiti (o delocalizzati) sull intero cristallo. La mobilità degli elettroni delocalizzati rende i metalli buoni conduttori di calore ed elettricità. Ad alte temperature, c è un aumento del movimento (vibrazione) degli atomi nel metallo. La possibilità per gli elettroni di muoversi liberamente attraverso il metallo è diminuita. Quindi, l abilità del metallo a condurre elettricità diminuisce all aumentare della temperatura Li e Be sono cristalli metallici, B e C sono cristalli covalenti, e N 2, O 2, F 2 e Ne sono cristalli molecolari Na 2 O, MgO e Al 2 O 3 sono costituiti da un metallo e da un non metallo. Tutti e tre hanno alti punti di fusione. Sono solidi ionici. SiO 2 è composto da un metalloide e da un non metallo. Ha un alto punto di fusione, così possiamo classificarlo come un solido covalente. I tre composti finali, P 4 O 10, SO 3 e Cl 2 O 7 sono solidi molecolari.

6 11.42 In un cristallo molecolare i punti reticolari sono occupati dalle molecole. Dei solidi elencati, quelli composti da molecole sono Se 8, HBr, CO 2, P 4 O 6 e SiH 4. Nei cristalli covalenti, gli atomi sono tenuti insieme in un vasto reticolo tridimensionale completamente da legami covalenti. Dei solidi elencati quelli composti da atomi tenuti insieme da legami covalenti sono Si, C e B (a) In una struttura cubica semplice ogni sfera tocca altre sei sugli assi +-x, +- e +-z (vedi la Figura 11.16). (b) In un reticolo cubico a corpo centrato ogni sfera ne tocca altre otto. Immagina che la sfera al centro della cella tocchi le otto sfere posizionate sugli angoli (vedi la Figura 11.17). (c) In un reticolo cubico a facce centrate ogni sfera ne tocca altre dodici (vedi la Sezione 11.4 del testo) Una sfera all angolo è condivisa equamente tra otto celle elementari, così soltanto un ottavo di ogni sfera all angolo appartiene a quella cella elementare. Una sfera a facce centrate è divisa equamente tra le due celle elementari che condividono la faccia. Una sfera a corpo centrato appartiene interamente alla sua propria cella elementare. In una cella cubica semplice ci sono otto sfere agli angoli. Un ottavo di ognuna appartiene alla singola cella dando un totale di una sfera intera per cella. In una cella cubica a corpo centrato, ci sono otto sfere agli angoli ed una sfera al centro dando un totale di due sfere per cella elementare (una dagli angoli e una dal centro). In una sfera a facce centrate, ci sono otto sfere agli angoli e sei sfere a facce centrate (sei facce). Il numero totale di sfere è quindi quattro: una dagli angoli e tre dalle facce La massa di un cubo di lato pari a 287 pm può essere facilmente trovata partendo dalla massa di un cubo di lato pari a 1.00 cm (7.87 g): La massa di un atomo di ferro può essere trovata dividendo la massa molare del ferro (55.85 g) per il numero di Avogadro:

7 Il numero di atomi di ferro in una cella è il quoziente di questi numeri: Quale tipo di cella cubica è questa? Strategia: il problema dà un suggerimento generoso. Dobbiamo prima calcolare il volume (in cm 3 ) occupato da 1 mole di atomi di Ba. Poi calcoliamo il volume occupato dagli atomi di Ba. Una volta avute queste due informazioni, possiamo moltiplicarle insieme per terminare con il numero degli atomi di Ba per mole di Ba. numero di atomi di Ba 3 cm 3 cm numero di atomi di Ba x = 1 mol di Ba 1 mol di Ba Soluzione: il volume che contiene una mole di atomi di bario può essere calcolato dalla densità usando la seguente strategia: volume volume massa di Ba moli di Ba Ci portiamo dietro una cifra significativa extra in questi calcoli per limitare gli errori di arrotondamento. Proseguendo, il volume che contiene due atomi di bario è il volume della cella elementare cubica a corpo centrato. Un po di questo volume è spazio vuoto perché l impaccamento è efficiente solo al 68%. Ma questo non influenzerà i nostri calcoli. Convertiamo anche in cm 3. Calcoliamo ora il numero di atomi di bario in una mole usando la strategia presentata sopra.

8 numero di atomi di Ba 3 cm 3 cm numero di atomi di Ba x = 1 mol di Ba 1 mol di Ba Questo valore è analogo al numero di Avogadro, x particelle/mol In un reticolo cubico a corpo centrato c è una sfera al centro del cubo ed una ad ognuno degli otto angoli. Ogni sfera all angolo è condivisa tra otto celle elementari adiacenti. Abbiamo: 1 1 sfera al centro + x 8 sfere agli angoli = 2 sfere per cella 8 Ci sono due atomi di vanadio per cella elementare La massa di una cella elementare è la massa in grammi di due atomi di europio. La lunghezza del bordo (a) è: Il volume della cella elementare è: La massa di un atomo di silicio è:

9 Il numero di atomi di silicio in una cella elementare è: Strategia: ricorda che un atomo all angolo è condiviso da 8 celle elementari e quindi solo 1/8 di atomi all angolo è dentro la data cella elementare. Vedi la Figura del testo. Soluzione: in una cella elementare cubica a facce centrate, ci sono atomi a ognuno degli otto angoli, e c è un atomo in ognuno delle sei facce. Soltanto un mezzo di ogni atomo a facce centrate ed un ottavo di ogni atomo all angolo appartiene alla cella elementare. X atomi/cella elementare = (8 atomi all angolo) (1/8 atomo per angolo) = 1 X atomo/cella elementare Y atomi/cella elementare = (6 atomi a facce centrate) (1/2 atomo per faccia) = 3 Y atomo/cella elementare La cella elementare è la più piccola unità che si ripete nel cristallo: quindi la formula empirica è XY (a) Il diossido di carbonio forma cristalli molecolari; è un composto molecolare e può esercitare soltanto deboli attrazioni intermolecolari di tipo dispersivo a causa della sua mancanza di polarità. (b) Il boro è un non metallo con un punto di fusione estremamente alto. Forma cristalli covalenti simili al carbonio (diamante). (c) Lo zolfo forma cristalli molecolari; è una sostanza molecolare (S 8 ) e può soltanto esercitare deboli attrazioni intermolecolare di dispersione a causa della sua mancanza di polarità. (d) KBr forma cristalli ionici perché è un composto ionico. (e) Mg è un metallo; forma cristalli metallici. (f) SiO 2 (quarzo) è un composto non metallico duro, con un alto punto di fusione; forma cristalli covalenti come il boro e il C (diamante). (g) LiCl è un composto ionico; forma cristalli ionici. (h) Cr (cromo) è un metallo e forma cristalli metallici Nel diamante ogni atomo di carbonio è covalentemente legato ad altri quattro atomi di carbonio. Poiché questi legami sono forti ed uniformi, il diamante è una sostanza molto dura. Nella

10 grafite gli atomi di carbonio in ogni strato sono legati da forti legami, ma gli strati tra loro sono tenuti insieme da deboli forze di dispersione. Come risultato, la grafite può essere rotta facilmente tra gli starti e non è dura. Nella grafite gli atomi di carbonio sono disposti in anelli a sei membri (vedi la Figura del testo). Gli atomi di carbonio sono tutti ibridizzati (si dice così?!?) sp 2, ed il restante orbitale 2p è usato nel legame π. Ogni strato di grafite ha un orbitale molecolare delocalizzato, in cui gli elettroni sono liberi di muoversi rendendo la grafite un buon conduttore di elettricità nelle direzioni lungo i piani degli atomi di carbonio. Nel diamante tutti gli atomi di carbonio sono ibridizzati sp 3 e non esistono legami π. Gli elettroni non sono liberi di muoversi, e il diamante è uno scarso conduttore di elettricità Il calore molare di vaporizzazione dell acqua è kj/mol. Si può calcolare il numero di moli dell acqua nel campione: Possiamo poi calcolare la quantità di calore Step 1: riscaldando il ghiaccio al punto di fusione. Step 2: convertendo il ghiaccio al punto di fusione in acqua liquida a 0 C. (Vedi la Tabella 11.7 del testo per il calore di fusione dell acqua). Step 3: riscaldando l acqua da 0 C a 100 C. Step 4: convertendo l acqua a 100 C a vapore a 100 C. (Vedi la Tabella 11.5 del testo per il calore di vaporizzazione dell acqua).

11 Step 5: riscaldando il vapore da 100 C a 126 C. Come avresti risolto questo problema se ti fosse stato richiesto di calcolare la perdita di calore nel raffreddare il vapore da 126 C a -10 C? (a) Essendo uguali gli altri fattori, i liquidi evaporano più velocemente a temperature maggiori. (b) Maggiore è l area superficiale, maggiore è la velocità di evaporazione. (c) Deboli forze intermolecolari implicano una maggiore tensione di vapore ed una rapida evaporazione La sostanza con il punto di ebollizione più basso avrà una maggiore tensione di vapore ad una particolare temperatura. Così il butano avrà la tensione di vapore più alta a -10 C ed il toluene la più bassa In questo processo avvengono due passaggi di stato. Per prima cosa il liquido è trasformato in solido (congelamento), poi il ghiaccio solido è trasformato in gas (sublimazione) Il ghiaccio solido passa a gas (sublimazione). La temperatura è troppo bassa perché avvenga la fusione Quando il vapore condensa ad acqua liquida a 100 C, rilascia una grande quantità di calore pari all entalpia di vaporizzazione. Così il vapore a 110 C ci espone ad una quantità di calore maggiore rispetto ad una uguale quantità di acqua a 100 C.

12 11.79 Il grafico è mostro sotto: Usando i primi e gli ultimi punti per determinare la pendenza, abbiamo: Pendenza: Possiamo usare una forma modificata dell equazione di Clausius Clapeyron per risolvere questo problema. Vedi l Equazione (11.4) nel testo.

13 Prendendo l inverso del logaritmo da entrambi i lati, abbiamo: L applicazione dell Equazione (11.4) del testo ci dice che maggiore è l incremento della tensione di vapore su un intervallo di temperatura, più piccolo sarà il calore di vaporizzazione. Considerando la sottostante equazione, se la variazione della tensione di vapore è maggiore, P 1 /P 2 è un numero minore e quindi minore è ΔH. Così il calore molare di vaporizzazione di X < Y La pressione esercitata dalle lame dei pattini sul ghiaccio abbassa il punto di fusione del ghiaccio. Un film di acqua liquida tra le lame e il ghiaccio solido fornisce una lubrificazione per il movimento dei pattini. Il principale meccanismo per il pattinaggio su ghiaccio è, quindi, dovuto alla frizione Inizialmente, il ghiaccio fonde a causa dell aumento della pressione. Quando la barra si muove sul ghiaccio, l acqua sulla barra si raffredda. In definitiva la barra effettivamente si muove completamente attraverso il blocco senza tagliarlo a metà.

14 11.86 Definizioni delle regioni: la regione che contiene il punto A è la regione del solido. La regione che contiene il punto B è quella del liquido. La regione col punto C è quella del gas. (a) Aumentare la temperatura a pressione costante partendo da A, significa partire con ghiaccio solido e riscaldare fino a che avvenga la fusione. Se il riscaldamento continuasse, l acqua liquida alla fine bollirebbe e passerebbe alla fase di vapore. Inoltre il riscaldamento incrementerebbe la temperatura del vapore. (b) Al punto C l acqua è in fase gassosa. Raffreddare senza cambiare la pressione porterebbe alla formazione di ghiaccio solido. L acqua liquida non si formerebbe mai. (c) Al punto B l acqua è nella fase liquida. Abbassare la pressione senza cambiare la temperatura porterebbe all ebollizione e al passaggio dell acqua nella fase gassosa. (Nella figura: solido, liquido, gas) (a) Bollire l ammoniaca liquida comporta rompere i legami idrogeno tra le molecole. Devono anche essere vinte le forze di dispersione. (b) P 4 è una molecola apolare, così solo le forze intermolecolari sono di tipo dispersivo.

15 (c) CsI è un solido ionico. Per scioglierlo in un qualsiasi solvente, devono essere vinte le forze ione ione. Per rompere le attrazioni tra alcune molecole di HF, devono essere vinti anche i legami idrogeno e le forze di dispersione (d) Devono essere rotti i legami metallici (a) Una bassa tensione superficiale implica che l attrazione tra le molecole che compongono lo strato superficiale è debole. L acqua ha un alta tensione superficiale; gli insetti d acqua non camminerebbero sulla superficie di un liquido con una bassa tensione superficiale. (b) Una temperatura critica bassa significa che è molto difficile liquefare un gas mediante raffreddamento. Questo è il risultato di deboli attrazioni intermolecolari. L elio ha la più bassa temperatura critica conosciuta. (c) Un basso punto di ebollizione significa deboli attrazioni intermolecolari. È necessaria poca energia per separare le particelle. Tutti i composti ionici hanno punti di ebollizione estremamente alti. (d) Una tensione di vapore bassa significa che è difficile rimuovere le molecole dalla fase liquida a causa delle forti attrazioni intermolecolari. Le sostanze con una bassa tensione di vapore hanno punti di ebollizione alti (perché?). Così, soltanto la scelta (d) indica forze intermolecolari intense in un liquido. Le altre scelte indicano forze intermolecolari deboli in un liquido Le molecole di HF sono tenute insieme da forti legami idrogeno intermolecolari. Quindi, HF liquido ha una tensione di vapore inferiore a quella di HI liquido. (Le molecole di HI non formano legami idrogeno l una con l altra) Le proprietà di durezza, alto punto di fusione, cattivo conduttore, etc. porterebbero a collocare il boro sia tra i composti ionici che quelli covalenti. Tuttavia, gli atomi di boro non formeranno alternativamente ioni positivi e negativi per ottenere un cristallo ionico. La struttura è covalente perché le unità sono singoli atomi di boro Leggendo direttamente dal grafico: (a) solido; (b) vapore.

16 11.93 Soltanto 1/8 degli atomi sui vertici, tutti gli atomi a corpo centrato, e ½ degli atomi a facce centrate sono dentro la data cella elementare. In una determinata cella elementare ci sarebbero 8 atomi sui vertici, 1 atomo a corpo centrato, e 6 atomi sulle facce. La formula empirica è XYZ Poiché la temperatura critica di CO 2 è soltanto 31 C, CO 2 liquida nell estintore vaporizza al di sopra di questa temperatura, indipendentemente dalla pressione applicata all interno dell estintore. Dunque in un caldo giorno d estate, non esisterà CO 2 liquida all interno dell estintore, e quindi non si sentirà nessuna percussione La tensione di vapore del mercurio (come pure di tutte le altre sostanze) è 760 mmhg al suo punto normale di ebollizione Quando si accende la pompa e si riduce la pressione, il liquido inizia a bollire perché la tensione di vapore del liquido è maggiore della pressione esterna (approssimativamente zero). Il calore di vaporizzazione è fornito dall acqua, e quindi l acqua si raffredda. In poco tempo l acqua perde calore a sufficienza per portare la temperatura al di sotto del punto di congelamento. Infine il ghiaccio sublima sotto pressione ridotta Perché è raggiunto il punto critico; il punto della temperatura critica (T c ) e della pressione critica (P c ) (a) Due punti tripli: diamante/grafite/liquido e grafite/liquido/vapore. (b) Diamante. (c) Applicando un alta pressione ad un alta temperatura Usando l Equazione (11.4) del testo:

17 Ragionevolmente W deve essere un metallo non reattivo. Conduce elettricità ed è malleabile, non reagisce con l acido nitrico. Tra quelli elencati, deve essere l oro. X non è un conduttore (e quindi non è un metallo), è fragile, ha un alto punto di fusione e reagisce con l acido nitrico. Tra quelli elencati, deve essere il solfuro di piombo. Y non conduce ed è tenero (e quindi non è un metallo). Fonde ad una temperatura bassa con sublimazione. Tra quelli elencati, deve essere lo iodio. Z non conduce, è chimicamente inerte, ed ha un alto punto di fusione (reticolo solido). Tra quelli elencati, deve essere la mica (SiO 2 ). I colori delle specie avrebbero fornito qualche aiuto nel determinare la loro identità? (a) Falso. I dipoli permanenti normalmente sono più forti dei dipoli temporanei. (b) Falso. L atomo di idrogeno deve essere legato a N, O oppure F. (c) Vero. (d) Falso. L intensità dell attrazione dipende sia dalla carica ionica che dalla polarizzabilità dell atomo neutro o della molecola La temperatura di sublimazione è -78 C o 195 K alla pressione di 1 atm. Prendendo l inverso del logaritmo da entrambi i lati, si ottiene:

18 La variazione di entalpia standard per la formazione di bromo gassoso da bromo liquido è semplicemente la differenza tra le entalpie standard di formazione del prodotto e dei reagenti nell equazione: Ioni più piccoli hanno cariche più concentrate (densità di carica) e interazioni ione dipolo più efficaci. Maggiore è l interazione ione dipolo, maggiore è il calore di idratazione (a) Diminuisce (b) Nessuna variazione (c) Nessuna variazione La conversione a HgO solido cambia la sua tensione superficiale La pressione dentro la pentola aumenta, e così pure il punto di ebollizione dell acqua Le moli del vapor d acqua possono essere calcolate usando l equazione dei gas ideali. massa del vapor d acqua = Ora possiamo calcolare la percentuale di 1.20 g di campione di acqua che è vapore. % di H 2 O vaporizzata = L etanolo si mescola bene con l acqua. La miscela ha una minore tensione superficiale e fuoriesce facilmente dal condotto auricolare Per una cella elementare cubica a facce centrate, la lunghezza del bordo (a) è data da:

19 Il volume del cubo è uguale alla lunghezza del bordo al cubo (a 3 ). Ora che abbiamo il volume della cella elementare, dobbiamo calcolare la massa della cella elementare per calcolare la densità di Ar. Il numero di atomi in una cella elementare cubica a facce centrate è quattro Il bastone è costituito da molecole tenute insieme da forze intermolecolari. Le forze sono intense e le molecole sono impaccate fermamente. Così, quando si solleva il manico, tutte le molecole sono sollevate perché sono tenute insieme saldamente Le due principali ragioni per cui si spruzzano gli alberi con acqua sono: 1. Quando l acqua congela, è rilasciato calore. Il calore rilasciato protegge la frutta. Naturalmente, spesso è più utile spruzzare gli alberi con acqua calda. 2. Il ghiaccio forma uno strato isolante che protegge la frutta Quando è riscaldato il filamento di tungsteno dentro la lampadina ad alte temperature (circa 3000 C), il tungsteno sublima (solido passaggio fase gassosa) e poi condensa dentro le pareti della lampadina. L Ar gassoso inerte e pressurizzato ritarda la sublimazione e l ossidazione del filamento di tungsteno.

20 Il combustibile per il Bunsen è più simile al gas metano. Quando il metano brucia nell aria, sono prodotti diossido di carbonio ed acqua. Il vapor d acqua prodotto durante la combustione condensa ad acqua liquida quando viene in contatto con l esterno del beaker freddo. volume degli atomi in una cella elementare L efficienza di impaccamento è: x 100% volume della cella elementare Si assume che un atomo sia sferico, così il volume di un atomo è 4/3πr 3. Il volume di una cella elementare cubica è a 3 (a è la lunghezza del bordo). Le efficienze di impaccamento sono calcolate come segue: (a) Cella cubica semplice: lunghezza del bordo (a) = 2r Efficienza di impaccamento = Ricorda che c è un solo atomo per cella elementare cubica semplice. (b) Cella cubica a corpo centrato: lunghezza del bordo = Efficienza di impaccamento = Ricorda che ci sono due atomi per cella elementare cubica a corpo centrato. (c) Cella cubica a facce centrate: lunghezza del bordo = Efficienza di impaccamento = Ricorda che ci sono quattro atomi per cella elementare cubica a facce centrate Il ghiaccio condensa il vapor d acqua all interno. Poiché l acqua è già calda, inizierà a bollire ad una pressione ridotta. (Bisogna essere sicuri di portare via all inizio tanta più aria possibile).

21 (a) Per calcolare il punto di ebollizione del triclorosilano, risistemiamo l Equazione (11.4) del testo ed abbiamo: dove T 2 è il punto normale di ebollizione del triclorosilano. Ponendo P 1 = atm, T 1 = ( ) K = 271 K, P 2 = 1.00 atm, scriviamo: L atomo di Si è ibridizzato sp 3 e la molecola SiCl 3 H ha una geometria tetraedrica e un momento dipolare. Così, il triclorosilano è polare e le forze predominanti tra le sue molecole sono forze dipolo dipolo. Poiché normalmente le forze dipolo dipolo sono abbastanza deboli, ci aspettiamo che il triclorosilano abbia un basso punto di ebollizione, che è consistente con il valore di 30 C calcolato. (b) Dalla Sezione 11.5 del testo, vediamo che SiO 2 forma un cristallo covalente. Anche il silicio, come il carbonio del Gruppo 4A, forma un cristallo covalente. I forti legami covalenti tra gli atomi di Si (nel silicio) e tra gli atomi di Si e O (nel quarzo) spiegano i loro alti punti di fusione e di ebollizione. (c) Per soddisfare il requisito di purezza pari a 10-9, dobbiamo calcolare il numero di atomi di Si in 1 cm 3. Possiamo arrivare alla risposta attraverso i tre seguenti passaggi: (1) Determinare il volume di una cella elementare di Si in centimetri cubici, (2) determinare il numero delle celle elementari di Si in 1 cm 3, e (3) moltiplicare il numero di celle elementari in 1 cm 3 per 8, il numero di atomi di Si in una cella elementare. Step 1: il volume di una cella elementare, V, è

22 Step 2: il numero di celle per centimetro cubo è dato da: numero di celle elementari = Step 3: poiché ci sono 8 atomi di Si per cella elementare, il numero totale di atomi di Si è: numero di atomi di Si = 8 atomi di Si 1cella elementare Infine per calcolare la purezza del cristallo di Si, scriviamo: atomi di B atomi di Si = Poiché il numero è inferiore a 10-9, il requisito di purezza è soddisfatto Dobbiamo calcolare prima il volume (in cm 3 ) occupato da 1 mole di atomi di Fe. Poi calcoliamo il volume occupato da un atomo di Fe. Una volta ottenute queste due informazioni, possiamo moltiplicarle insieme per finire con il numero di atomi di Fe per mole di Fe. 3 numero di atomi di Fe cm x 3 cm 1 mol di Fe numero di atomi di Fe = 1 mol di Fe Il volume che contiene una mole di atomi di ferro può essere calcolato dalla densità usando la seguente strategia: volume volume massa di Fe mol di Fe Poi, il volume che contiene due atomi di ferro è il volume di una cella elementare cubica a corpo centrato. Parte di questo volume è spazio vuoto l efficienza di impaccamento è del 68.0%. Ma questo non influenzerà i nostri calcoli.

23 Convertiamo in cm 3. Possiamo ora calcolare il numero di atomi di ferro in una mole usando la strategia sopra presentata. 3 numero di atomi di Fe cm x 3 cm 1 mol di Fe numero di atomi di Fe = 1 mol di Fe La piccola differenza tra il numero ottenuto sopra e x è il risultato dell arrotondamento usato per i valori di densità e delle altre costanti Se conosciamo i valori di ΔH vap e P di un liquido ad una temperatura, possiamo usare l equazione di Clausius Clapeyron, l Equazione (11.4) del testo, per calcolare la tensione di vapore ad una differente temperatura. A 65 C, possiamo calcolare il ΔH vap del metanolo. Poiché questo è il punto di ebollizione, la tensione di vapore sarà 1 atm (760 mmhg). Calcoliamo prima ΔH vap. Dall Appendice 2 del testo, ΔH f 0 [CH 3 OH (l)] = kj/mol Poi sostituiamo nell Equazione (11.4) del testo per calcolare la tensione di vapore del metanolo a 25 C.

24 Prendendo l inverso del logaritmo da entrambi i lati abbiamo: Tutti i metalli alcalini hanno una struttura cubica a corpo centrato. La Figura del testo dà l equazione per il raggio di una cella elementare cubica a corpo centrato. r = 3a 4, dove a è la lunghezza del bordo. Poiché V = a 3, se possiamo determinare il volume di una cella elementare (V), possiamo poi calcolare a e r. Usando l equazione dei gas ideali, possiamo determinare le moli del metallo nel campione. Successivamente calcoliamo il volume del cubo, e convertiamo poi in volume di una cella elementare. Vol. del cubo = Questo è il volume di 2.10 x 10-4 moli. Convertiamo da volume/mole a volume/cella elementare. Vol. della cella elementare = Ricordiamo che ci sono due atomi in una cella elementare cubica a corpo centrato. Possiamo poi calcolare la lunghezza del bordo (a) dal volume della cella elementare.

25 Infine, possiamo calcolare il raggio del metallo alcalino. Controllando la Figura 8.4 del testo, concludiamo che il metallo è il sodio, Na. Per calcolare la densità del metallo, abbiamo bisogno della massa e del volume della cella elementare. Il volume della cella elementare è stato calcolato (7.91 x cm 3 /cella elementare). La massa della cella elementare è Anche il valore della densità concorda che si tratta di sodio Il diagramma originario mostra che quando il calore è fornito all acqua, la sua temperatura aumenta. Al punto di ebollizione (rappresentato dalla linea orizzontale), l acqua è convertita in vapore. Oltre questo punto la temperatura del vapore aumenta al di sopra di 100 C. La scelta (a) è eliminata perché non mostra nessuna variazione dal diagramma originario anche se la massa dell acqua è raddoppiata. La scelta (b) è eliminata perché la velocità di riscaldamento è maggiore di quella del sistema originario. Inoltre mostra anche l ebollizione dell acqua a temperature maggiori, che non è possibile. La scelta (c) è eliminata perché mostra che l acqua ora bolle ad una temperatura inferiore a 100 C, che non è possibile. Quindi la scelta (d) rappresenta quello che effettivamente avviene. Il calore fornito è sufficiente per portare l acqua al suo punto di ebollizione, ma non provoca un aumento della temperatura del vapore.

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