CORSO DI CHIMICA PER L AMBIENTE. Lezione del 12 Aprile 2016

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1 CORSO DI CHIMICA PER L AMBIENTE Lezione del 12 Aprile 2016

2 Proprietà dei Metalli Malleabilità: i metalli possono esser facilmente ridotti in lamine sottili per battitura Duttilità: i metalli possono essere tirati in fili. Elevata Conducibilità Termica Elevata Conducibilità Elettrica Lucentezza

3 STRUTTURA DEI METALLI

4 Il Legame nei Metalli Nelle strutture di massimo impacchettamento, caratteristiche dei metalli, gli atomi sono così vicini che gli elettroni più esterni finiscono per perdere la loro appartenenza ad un atomo specifico. E possibile descrivere la struttura elettronica complessiva di un metallo come una sorta di impalcatura ai cui nodi si osservano i nuclei positivi immersi in «gas» di elettroni negativi.

5 Il Legame nei Metalli La presenza di questi elettroni mobili spiega la elevata capacità dei metalli di trasportare l elettricità ed il calore. L assenza di legami specifici tar gli atomi ne spiega la relativa lavorabilità. Si può considerare il metallo come una specie di «bombola» la cui forma non influenza il «gas» in essa contenuto.

6 Il Legame nei Metalli

7 Miscele di Sostanze Diverse Quando si mescolano due sostanze differenti si possono possono formare tre sistemi differenti: Un sistema eterogeneo Una dispersione colloidale Una soluzione

8 Sistema eterogeneo Si tratta di una grossolana dispersione nella quale le singole particelle sono facilmente visibili. E possibile separarle con semplici processi meccanici

9 Dispersione Colloidale E un sistema eterogeneo, ma le particelle sono finemente suddivise e non chiaramente distinguibili. Si ottengono per dispersione di un liquido in un gas o in un solido o viceversa (Es. Gelatina, Nebbia)

10 Le Soluzioni Sono sistemi omogenei: non solo le componenti sono indistinguibili, ma sono anche non separabili meccanicamente. Le proprietà delle soluzioni sono identiche in ogni punto.

11 Le Soluzioni Le componenti sono identificate come: La sostanza che si scioglie è detta SOLUTO La sostanza che scioglie è detta SOLVENTE

12 La Solubilità delle Sostanze Soluzione non satura: soluzione che contiene quantità di soluto inferiori alla massima quantità dissolvibile. Soluzione satura: soluzione nella quale è disciolta la massima quantità di soluto possibile. Soluzione sovrasatura: soluzione instabile che contiene una quantità di soluto superiore alla massima quantità.

13 Solubilità La concentrazione di una soluzione satura all equilibrio è detta SOLUBILITA. La solubilità, che si determina sperimentalmente, in genere è espressa come grammi di soluto per 100 grammi di solvente ad una data temperatura.

14 Solubilità

15 Solubilità Quando si è in presenza di un composto ionico che presenti una bassa solubilità, questa può essere valutata tramite il Prodotto di Solubilità: A n B m A m+ + B n- Kps = [A m+ ]x[b n- ]

16 Concentrazione Molarità : numero di moli di soluto per litro di soluzione. Molalità : numero di moli di soluto per chilogrammo di solvente. Frazione Molare : rapporto tra il numero di moli di soluto ed il numero totale di moli (soluto + solvente). Percentuale: può essere espressa in peso o volume per il rapporto soluto/solvente.

17 Aspetti Molecolari della Solubilità Soluzioni gas-gas: data la scarsa rilevanza delle interazioni i gas sono tutti solubili tra di loro in ogni rapporto. Soluzioni solido-solido: i sistemi omogenei nascono da due diverse situazioni.

18 Soluzioni Solide Se gli atomi o molecole hanno le stesse dimensioni si hanno soluzioni sostitutive (Dolomite, Bronzo) Questo tipo di sistema è chiamato: Soluzione solida sostituzionale

19 Soluzioni Solide Se le particelle hanno dimensioni nettamente diverse si hanno soluzioni interstiziali: l atomo più piccolo si colloca nelle cavità vuote del reticolo formato dall altra specie (Acciai, Ghise) Questo tipo di sistema è chiamato: Soluzione solida interstiziale

20 Leghe In genere i metalli si usano in combinazione tra di loro formando delle LEGHE. Nella maggior parte delle applicazioni i metalli non vengono utilizzati puri. Ad esempio i utilizza Cu puro al 99,99% per alcune applicazioni elettroniche od Al allo stesso tasso di purezza quando si deve conferire al manufatto una particolare lucentezza.

21 Leghe Le leghe più comuni sono formate da metalli che formano un sistema omogeneo detto soluzione solida. Tale tipo di sistemi può essere di due tipologie differenti: Soluzioni solide sostituzionali Soluzioni solide interstiziali

22 Leghe Una lega è una miscela di due o più metalli (ottone giallo: 70% Cu e 30% Zn) o di un metallo ed un non-metallo (acciaio o ghisa: Fe + C). In certe leghe metalliche per usi speciali (ad esempio aeronautico) si può arrivare a produrre leghe anche con tenenti 10 metalli diversi.

23 Soluzioni solide sostituzionali Nelle leghe del tipo Soluzioni solide sostituzionali, gli atomi di un elemento possono sostituire nel reticolo cristallino di unmetallo gli atomi del metallo stesso. Per ottenere una soluzione solida gli elementi che si mescolano devono obbedire ad alcuni requisiti fondamentali.

24 Soluzioni solide sostituzionali Per prima cosa gli atomi dei due metalli non devono avere Dimensioni atomiche differenti (differenza di raggio atomico di non più del 15%). Dimensioni molto differenti introdurrebbero distorsioni e tensioni nel reticolo cristallino rendendo instabile il sistema.

25 Soluzioni solide sostituzionali Inoltre le Strutture cristalline devono essere le stesse. In questo casi ha una miscibilità quasi in ogni rapporto. Infine non vi deve essere una Grande differenza di elettronegatività. In caso contrario gli elettroni più esterni potrebbero concentrarsi sull atomo più elettronegativo formando coppi di atomi interagenti e riducendo la libertà di movimento degli elettroni.

26 Soluzioni solide interstiziali In questo tipo di leghe gli atomi (spesso del non metallo) si inseriscono negli spazi (interstizi) del metallo. Per questo tipo di sistemi è fondamentale la differenza di dimensioni tra i due elementi. Esempi di atomi che possono inserirsi all interno di strutture metalliche sono H, C, N e O.

27 Soluzioni in un sistema liquido Nel caso di un sistema liquido, le interazioni non sono trascurabili ma giocano un ruolo determinante: Il simile scioglie il proprio simile

28 Solubilità: interazioni simili H 2 O: molecola polare Gruppo -CH 3 : gruppo non polare CH 3 -OH: solubile in acqua in ogni rapporto CH 3 -O- CH 3 : insolubile in acqua

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30 + - La presenza del dipolo C-O nella molecola dell etere è schermata dai gruppi CH 3 (non polari) che rendono l avvicinamento difficile alle molecole dell acqua

31 Solubilità: interazioni simili CH 3 - CH 2 -CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 Molecola apolare: solubile in solventi apolare (Benzene)

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33 Solubilità: interazioni simili CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - COOH Molecola con parti polari e non polari: solubilità mista

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35 Solubilità mista

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37 Proprietà Colligative Le proprietà colligative sono quelle proprietà di una soluzione che dipendono dalla quantità del solvente e dal numero di particelle disciolte qualunque sia la loro natura

38 Abbassamento della Tensione di Vapore La tensione di vapore di una soluzione è: P t = P A + P B = x A P A + x B P B dove x A = n A /(n A +n B )

39 Abbassamento della Tensione di Vapore Se la soluzione è diluita ed il soluto è un solido: P t = x A P A da cui si deriva che la tensione di vapore di una soluzione è più bassa di quella del solvente puro.

40 Abbassamento della Tensione di Vapore Tenendo conto che: x A + x B = 1 per cui: P t = (1 - x B )P A (P A - P t )/ P A = x B

41 Legge di Raoult L abbassamento relativo della tensione di vapore di un solvente è proporzionale alla frazione molare del soluto

42 Innalzamento Ebullioscopico

43 Abbassamento Crioscopico

44 Osmosi e Pressione Osmotica Quando si ha una membrana che separa due soluzioni a differente concentrazione si osserva un passaggio di solvente dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata. Questo fenomeno prende il nome di Osmosi. Si definisce Pressione Osmotica (Π) la pressione necessaria per arrestare il flusso del solvente.

45 Pressione Osmotica La Pressione Osmotica obbedisce alla equazione di van t Hoff: Π = irtc soluto Dove R è la costante universale dei gas, T la temperatura assoluta e c soluto la concentrazione del soluto. i è chiamato fattore di van t Hoff e per le soluzioni diluite può essere approssimato al numero di specie chimiche che si formano (per esempio i NaCl = 2)

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