Distribuzione e Temperatura. Pressione di Vapore. Evaporazione

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Lucia Marino
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1 Evaporazione Le molecole del Liquido hanno una distribuzione di energia cinetica. Una frazione di molecole della superficie del liquido ha energia cinetica sufficiente per sfuggire all attrazione attrazione molecolare Università degli Studi di Udine Modulo di Chimica Venerdì 5 settembre 2014 Auditorium DCFA ore 9-12 PROF. M. TOLAZZI Università degli Studi di Udine 2 Distribuzione e Temperatura Pressione di Vapore La pressione del gas in equilibrio con il liquido a una certa T viene chiamata Pressione di Vapore (o tensione di vapore) Università degli Studi di Udine 3 Università degli Studi di Udine 4

2 Equilibrio liquido-gas Pressione di Vapore Se il recipiente è aperto, l equilibrio non viene mai raggiunto,, e il liquido evapora Se il recipiente è chiuso, la pressione del gas aumenta sino ad arrivare al valore di equilibrio Alcune delle molecole del gas colpiscono la superficie e ritornano nel liquido. Dopo un certo tempo, il numero di molecole che lasciano il liquido nell unità di tempo (velocità in chimica= n/ t) è uguale al numero di molecole che ritornano al liquido Si è instaurato un EQUILIBRIO DINAMICO Università degli Studi di Udine 5 Università degli Studi di Udine 6 Pressione di Vapore e Volatilita Punto di Ebollizione La Volatilita di una sostanza e correlata alle forze intermolecolari. - Piu deboli sono le forze intermolecolari, piu facile l evaporazione (più elevata la tensione di vapore) e più volatile è la sostanza in questione. Piu alta la temperatura, piu facile l evaporazione P= A e -ΔH/RT H/RT2 0 o C 20 o C 30 o C Dietiletere Press. Vap (torr) Etanolo Acqua Università degli Studi di Udine 7 Il liquido entra in ebollizione Punto di Ebollizione Normale: quando la pressione di vapore e pressione = 1 atm uguale alla pressione esterna Il Punto di Ebollizione aumenta Università degli Studi di Udine all aumentare aumentare della pressione. 8

3 Ebollizione Evaporazione: : le molecole sfuggono dalla superficie Ebollizione: il gas si forma anche all interno del liquido Ebollizione Solo quando la pressione di vapore raggiunge la pressione esterna,, le bolle di vapore riescono a vincere la pressione e formarsi all interno del liquido. E possibile far bollire un liquido aumentando la temperatura o diminuendo la pressione Università degli Studi di Udine 9 Università degli Studi di Udine 10 Ebollizione Pentola a Pressione Denis Papin nel 1682 inventa la Pentola a Pressione In una normale pentola, la temperatura dell acqua non supera i 100 C. Università degli Studi di Udine 11 Nella pentola chiusa ermeticamente, l acqua l evapora aumentando la pressione di vapore. La temperatura dell acqua Università degli Studi di Udine raggiunge i 120 C C e 2 Atm. 12

4 Ebollizione a Bassa Pressione Diagrammi di Fase Università degli Studi di Udine 13 Università degli Studi di Udine 14 Fasi della Materia Diagrammi di Fase Un diagramma di fase mostra le fasi di una sostanza presenti ad una certa pressione e temperatura H 2 O dp/dt= H/T V Eq. Clausius-Clapeyron S L V negativo H positivo I cambiamenti di fase richiedono energia per vincere le forze intermolecolari Università degli Studi di Udine 15 CO 2 Università degli Studi di Udine 16

5 Se aumentiamo la temperatura di un liquido in un recipiente chiuso,, la pressione di vapore aumenta. Temperatura Critica La densita del gas aumenta, sino a raggiungere quella del liquido Alla Temperatura Critica non vi è più separazione tra liquido e vapore.. Il fluido possiede proprietà simili a quelle di un liquido. Punto critico Al di sopra della temperatura critica si parla di Fluido Supercritico Sostanza T. Critica P. Critica (K) (atm) Ammoniaca NH Argon, Ar CO Azoto,, N Ossigeno,, O Freon-12, CCl 2 F Acqua,, H 2 O Università degli Studi di Udine 17 Università degli Studi di Udine 18 Fluidi Supercritici I fluidi supercritici sono solventi eccezionali. La CO 2 supercritica viene usata per estrarre la caffeina dal caffè per preparare il caffè decaffeinato ( C, atm). Diagrammi di Fase H 2 O dp/dt= H/T V Eq. Clausius-Clapeyron CO 2 Università degli Studi di Udine 19 Università degli Studi di Udine 20

6 Diagramma di Fase del Carbonio Come è possibile pattinare sul Ghiaccio? Basta osservare il diagramma di fase Università degli Studi di Udine 21 Università degli Studi di Udine 22 Introduzione all equilibrio chimico stato di equilibrio (stato in cui non si osservano variazioni con il passare del tempo) Raggiungimento dell equilibrio equilibrio N 2 O 4(g) 2NO 2(g) incolore marron scuro L Equilibrium Chimico viene raggiunto quando: le velocità della reazione diretta e inversa sono eguali REAGENTI PRODOTTI (Reazione DIRETTA) PRODOTTI REAGENTI (Reazione INVERSA) le concentrazioni di reagenti e prodotti rimangono costanti REAGENTI PRODOTTI Università degli Studi di Udine 23 Università degli Studi di Udine 24

7 Raggiungimento dell equilibrio equilibrio equilibrium N 2 O 4(g) 2NO 2(g) equilibrium equilibrium constant Inizio con NO 2 Inizio con N 2 O 4 Inizio con NO 2 e N 2 O 4 Università degli Studi di Udine 25 Università degli Studi di Udine 26 Soluzioni Soluzioni e concentrazioni Una SOLUZIONE è una miscela omogenea di specie chimiche diverse Complemento alle esercitazioni già svolte in data 4/9/2014 da prof.. Del Fabbro Università degli Studi di Udine 27 Per parlare di soluzione la mescolanza delle specie deve avvenire su scala molecolare La soluzione costituisce un'unica fase Università degli Studi di Udine 28

8 Soluzioni solvente: specie chimica presente in quantità maggiore soluto(i): specie chimica(che) presente(i) in quantità minore 1) Tutte le miscele gassose sono soluzioni gassose. 2) I liquidi possono sciogliere altri liquidi, solidi o gas per dare soluzioni liquide. 3) Miscele solide (a livello atomico o molecolare) sono dette soluzioni solide. Università degli Studi di Udine 29 Concentrazione Serve per esprimere la quantità di soluto in una data quantità di soluzione, oppure in un dato volume di soluzione. Le misure di concentrazione sono: CONCENTRAZIONE PERCENTUALE (%) in peso: in volume: % = Wa/(Wa+Wb) % = Va/(Va+Vb) Università degli Studi di Udine 30 Concentrazione CONCENTRAZIONE MOLALE (m) moli di soluto m 1000 g di solvente FRAZIONE MOLARE (x) moli di soluto x= moli di solvente + moli di soluto CONCENTRAZIONE MOLARE (M) moli di soluto M= 1 L di soluzione Università degli Studi di Udine 31 Preparazione di una soluzione Per preparare 1 L di una soluzione ad una data molarità: (a) pesare un appropriata massa di soluto (b) trasferire il solido in un matraccio da 1 L parzialmente riempito con acqua distillata e mescolare (c) aggiungere una quantità d acqua tale da riempire il matraccio fino al livello indicato e Università degli Studi di Udine mescolare 32

9 Esercizio 1 Una soluzione di HNO 3 al 27% in peso ha una densità di 1.16 g/ml. Calcolare molarità (M) e molalità (m) della soluzione. PM HNO3 = g/mole g HNO3 in 1 L = 1160 g/l 27/100 = 313 g/l M= 313g/63.02 g/mol 1L = 4.97 moll sono anche le moli m= n HNO3 / W solvente = 4.97mol/( )Kg =5.86 Esercizio 2 Una soluzione di NaOH è 1.1 M. Calcolare il volume di H 2 O che deve essere aggiunto a 700 ml di soluzione per ottenere una soluzione 0.35 M. moli NaOH = 1.1 moli/l 0.7 L = 0.77 moli 0.77 moli V= =2.2 L 0.35 moli/l Ammettendo che i volumi possano essere additivi il volume d H 2 O da aggiungere è 1.5 L (=2.2L -0.7L). Università degli Studi di Udine 33 Università degli Studi di Udine 34 Università degli Studi di Udine

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