Corso di Chimica Generale CL Biotecnologie

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1 Corso di Chimica Generale CL Biotecnologie STATI DELLA MATERIA Prof. Manuel Sergi MATERIA ALLO STATO GASSOSO MOLECOLE AD ALTA ENERGIA CINETICA GRANDE DISTANZA TRA LE MOLECOLE LEGAMI INTERMOLECOLARI DEBOLI V, T, P, n LEGGE DELLE PRESSIONI PARZIALI IN UNA MISCELA, CIASCUN GAS AGISCE CON LA SUA PRESSIONE PARZIALE OGNI GAS È INDIPENDENTE DAGLI ALTRI LEGGE DI DALTON O DELLE PRESSIONI PARZIALI P TOT = P A + P B + P C

2 LEGGE DEI GAS IDEALI PER UN GAS IDEALE PV/nT È UNA COSTANTE UNIVERSALE (R) DOVE n È IL NUMERO DI MOLI PV=nRT R = 0,082 l atm mol K LEGGE DI AVOGADRO VOLUMI UGUALI DI GAS DIVERSI, ALLE STESSE CONDIZIONI DI PRESSIONE E TEMPERATURA, CONTENGONO LO STESSO NUMERO DI MOLECOLE V n A PRESSIONE E TEMPERATURA COSTANTE VOLUME MOLARE STANDARD VOLUME OCCUPATO DA UNA MOLE DI GAS A CONDIZIONI NORMALI (1 atm E 273,15 K) 22,414 LITRI MOLE = PESO IN GRAMMI DI UN NUMERO DI AVOGADRO (6, ) DI MOLECOLE 2

3 GAS REALI EQUAZIONE DI VAN DER WAALS nb = TERMINE DI CORREZIONE DOVUTO AL VOLUME DELLE MOLECOLE 2 n a 2 V TERMINE CORRETTIVO PER LA PRESSIONE 2 n a V P 2 V n b n R T LIQUIDI PARTICELLE AD ENERGIA CINETICA MINORE DEI GAS, MAGGIORE DEI SOLIDI PICCOLA DISTANZA TRA LE MOLECOLE FORZA DI LEGAME TRA LE MOLECOLE MAGGIORE DEI GAS PROPRIETÀ DEI LIQUIDI SCARSA COMPRIMIBILITÀ DIFFUSIONE TENSIONE SUPERFICIALE EVAPORAZIONE VISCOSITÀ 3

4 Tensione di Vapore La tensione di vapore di un liquido è la pressione che la fase gassosa esercita sulla propria fase liquida in condizioni di equilibrio La tensione di vapore aumenta all aumentare della temperatura Quando la tensione di vapore eguaglia la pressione esterna si ha l ebollizione del liquido TENSIONE DI VAPORE 4

5 TENSIONE SUPERFICIALE Le particelle alla superficie di un liquido sono sottoposte ad una forza attrattiva verso il centro della massa liquida. Come conseguenza principale, i liquidi liberi tendono ad assumere una forma sferica, in quanto la sfera è la figura geometrica che a parità di volume ha la minima superficie. LA TENSIONE SUPERFICIALE: L energia delle molecole sulla superficie è maggiore di quella delle molecole nella massa (bulk) 5

6 LA TENSIONE SUPERFICIALE Tensione superficiale (g ) è definita come l energia richiesta per aumentare l area della superficie del liquido di una unità. Si misura pertanto in J/m 2 oppure in N/m Interfaccia solido-liquido: TENSIONE INTERFACCIALE la capillarità In A, le forze di adesione sono più forti delle forze di coesione La viscosità Si può definire la viscosità di un liquido come sua la resistenza allo scorrimento. La viscosità è determinata da forma e dimensioni delle molecole, ma soprattutto dalle forze intermolecolari che permettono il facile (bassa viscosità) o difficile (alta viscosità) scorrimento di uno strato di liquido sull altro. Viscosità elevata: forze intermolecolari intense ostacolano lo scorrimento delle molecole. Aumentando la temperatura, la viscosità in genere diminuisce 6

7 ATTRAZIONI INTERMOLECOLARI ATTRAZIONI DIPOLO-DIPOLO FORZE DI LONDON LEGAMI A IDROGENO SOLIDI Nello stato solido, le forze attrattive tra le particelle (ioni, atomi, molecole) prevalgono largamente sull effetto dell agitazione termica. Libertà di movimento quasi completamente soppressa: rimangono possibili solo oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio (moti vibrazionali). Quasi tutte le sostanze si possono trovare allo stato solido; l intervallo di temperature in cui ciò si verifica dipende dalla forze delle interazioni tra particelle. Più deboli sono le forze attrattive a più bassa sarà la temperatura per cui si ha il passaggio allo stato liquido (gassoso) Caratteristiche dei solidi sono: incomprimibilità, rigidità, lucentezza, ecc. Solidi a struttura disordinata: SOLIDI AMORFI Solidi a struttura ordinata: SOLIDI CRISTALLINI 7

8 Solidi AMORFI Sono caratterizzati da una disposizione disordinata degli atomi (ioni, molecole) paragonabile a quella presente nei liquidi. Hanno proprietà ottiche, meccaniche, elettriche ISOTROPE. Non sono caratterizzati da una temperatura di fusione ben definita, ma le proprietà variano gradualmente all aumentare della temperatura. Tipico esempio di solidi amorfi sono i VETRI Solidi cristallini Caratterizzati da una disposizione ordinata degli atomi (ioni, molecole) secondo un ben definito RETICOLO CRISTALLINO. Nei solidi cristallini esiste un ordine a lungo raggio, vale a dire un ordine che si estende su una scala molto maggiore delle dimensioni atomiche (molecolari) degli elementi del reticolo. Caratteristica dei reticoli cristallini è la CELLA ELEMENTARE, vale a dire l unità strutturale minima la cui ripetizione nelle tre dimensioni dello spazio può generare l intero reticolo. Solidi cristallini Hanno superfici piatte e ben definite, chiamate FACCE, che formano angoli ben definiti tra loro. Le proprietà ottiche, meccaniche, elettriche sono diverse nelle varie direzioni: ANISOTROPIA. Presentano una ben definita temperatura di FUSIONE, accompagnata da una netta variazione delle proprietà fisiche. 8

9 Classificazione dei solidi cristallini Metalli (solidi metallici) : atomi legati insieme da legame metallico; Solidi ionici: reciproca attrazione tra cationi e anioni (elettrostatica); Solidi covalenti: atomi legati ai loro vicini mediante legami covalenti; Solidi molecolari: insiemi di molecole vincolate nella loro posizione da forze intermolecolari DIAMANTE GRAFITE 9

10 GRAFITE DIAMANTE VS. GRAFITE Il Diamante è un solido duro, ma fragile. E trasparente alla luce ed è un isolante (resistività cm -1 ) La grafite è un solido facilmente sfaldabile lungo i piani. Assorbe tutta la luce (è nero) e conduce la corrente elettrica (resistività lungo i piani 1,4 x 10-3 cm -1, resistività perpendicolare ai piani 10-5 cm -1 ) PASSAGGIO DI STATO t Calore latente tempo 10

11 H 2 O PUNTO TRIPLO: 4,58 mm Hg e 0,01 C PUNTO CRITICO: 374 C, 218 atm CO 2 E: p = 1 atm; t = -78 C T: p = 5.2 atm; t = -57 C Diagramma di stato dello zolfo 11

12 Diagramma di stato del carbonio FINE 12

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