Liquidi e Solidi. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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1 Liquidi e Solidi Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. 1

2 Confronto fra Gas, Liquidi e Solidi I Gas sono fluidi comprimibili. Le loro molecole sono ben separate. I Liquidi sono fluidi relativamente incomprimibili. Le loro molecole sono molto più fortemente impaccate. I Solidi sono pressochè incomprimibili e rigidi. Le loro molecole o ioni sono a stretto contatto e non possono muoversi. Stati della Materia

3 Proprietà dei Liquidi La Tensione Superficiale è la quantità di energia richiesta per aumentare la superficie di un liquido. Forze intermolecolari forti Alta tensione superficiale 3

4 Proprietà dei Liquidi Coesione è l attrazione intermolecolare fra molecole simili Adesione è un attrazione fra molecole diverse Adhesion Cohesion 4

5 Proprietà dei Liquidi Viscosità è la misura della resistenza al flusso di un fluido. Forze intermolecolari forti Alta viscosità 5

6 Un solido cristallino possiede un ordine rigido ed a lungoraggio. In un solido cristallino, gli atomi, le molecole o gli ioni occupano posizioni specifiche (prevedibili). Un solido amorfo non ha una ben definita disposizione ed un ordine molecolare a lungo raggio. Una cella unitaria è l unità strutturale ripetitiva di base di un solido cristallino. lattice point At lattice points: Atoms Unit Cell Unit cells in 3 dimensions Molecules Ions 6

7 Sette Celle Unitarie 7

8 Tre Tipi di Celle Cubiche 8

9 Arrangement of Identical Spheres in a Simple Cubic Cell 9

10 Arrangement of Identical Spheres in a Body-Centered Cubic Cell 10

11 Number of Atoms Per Unit Cell 1 atom/unit cell (8 x 1/8 = 1) 2 atoms/unit cell (8 x 1/8 + 1 = 2) 4 atoms/unit cell (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4) 11

12 Tipi of Cristalli Cristalli Ionici Formati da cationi ed anioni Legame ionico Duri, fragili, punti di fusione elevati Cattivi conduttori di calore ed elettricità CsCl ZnS CaF 2 12

13 Tipi di Cristalli Cristalli Covalenti Unità costituite da atomi Legami covalenti Duri, elevati punti di fusione Cattivi conduttori di calore ed elettricità carbon atoms diamond graphite 13

14 Tipi di Cristalli Cristalli Molecolari Unità fatte da molecole Forze intermolecolari Molli, bassi punti di fusione Cattivi conduttori di calore ed elettricità acqua benzene 14

15 Tipi di Cristalli Cristalli Metallici Unità costituite da atomi Legame metallico Molli o duri, punti di fusione variabili Buoni conduttori di calore ed elettricità nucleus & inner shell e - Cross Section of a Metallic Crystal mobile sea of e - 15

16 Fasi della Materia I cambiamenti di fase richiedono energia per vincere le forze intermolecolari Dario Bressanini

17 Cambi di Fase Minor Ordine Maggior Ordine 17

18 Transizioni di Fase Fusione: solido - liquido. Congelamento: liquido - solido. Vaporizzazione: solido (o liquido) - gas. Solido - vapore viene chiamata sublimazione. Condensazione: gas liquido (o solido). Gas - solido viene definita deposizione. H 2 O(s) H 2 O(l) H 2 O(l) H 2 O(s) H 2 O(l) H 2 O(g) o H 2 O(s) H 2 O(g) H 2 O(g) H 2 O(l) o H 2 O(g) H 2 O(s)

19 Equilibrio Solido-Liquido H 2 O (s) H 2 O (l) Il punto di fusione di un solido (o il punto di congelamento di un liquido) è la temperatura in cui la fase solida e la fase liquida coesistono 19

20 Il Calore Molare di fusione (ΔH fus ) è l energia richiesta per fondere 1 mole di una sostanza solida al suo punto di congelamento. 20

21 Equilibrio Solido-Gas H 2 O (s) H 2 O (g) Il Calore Molare di sublimazione (ΔH sub ) è l energia richiesta per sublimare 1 mole di un solido. ΔH sub = ΔH fus + ΔH vap ( Legge di Hess) 21

22 La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore quando esiste un equilibrio dinamico fra condensazione ed evaporazione H 2 O (l) H 2 O (g) Equilibrio Dinamico Velocità di condensazione = Velocità di evaporazione 22

23 Misura della Tesione di Vapore Prima della evaporazione All Equilibrio 23

24 Il punto di ebollizione è la temperatura in cui la tensione di vapore di un liquido eguaglia la pressione esterna. 24

25 La temperatura critica (T c ) è la temperatura sopra la quale esiste il gas, che si distingue dal vapore perchè non può essere liquefatto per semplice compressione. La pressione critica (P c ) è la pressione minima che deve essere applicata per liquefare una sostanza alla temperatura critica. 25

26 Il Calore Molare di vaporizzazione (ΔH vap ) è l energia richiesta per vaporizzare 1 mole di un liquido al punto di ebollizione. Equazione di Clausius-Clapeyron ln P = - ΔH vap RT + C Vapor Pressure Versus Temperature P = (equilibrium) vapor pressure T = temperature (K) R = gas constant (8.314 J/K mol) 26

27 Forme integrate dell Equazione di Clausius-Clapeyron A due temperature o 27

28 Diagrammi di Fase Un diagramma di fase mostra le fasi di una sostanza presenti ad una certa pressione e temperatura 1atm Liquido GAS (VAPORE) Solido LIQUIDO Vapore SOLIDO Dario Bressanini O C 100 C

29 Diagrammi di fase Le linee mostrano dove due fasi coesistono. Al punto triplo coesistono tre fasi. La linea Liquido/Vapore termina al punto critico Dario Bressanini

30 Punto Critico " Al punto critico Liquido e Gas sono indistinguibili Dario Bressanini

31 Diagrammi di Fase: Caratteristiche " Pendenza della linea Solido/Liquido Ghiaccio meno denso dell acqua Dario Bressanini Ghiaccio secco: più denso della CO 2 liquida

32 Diagramma di Stato dell Acqua Come variano i punti di ebollizione e solidificazione variando la pressione? Dario Bressanini

33 Diagramma di stato dell acqua Come è possibile pattinare sul Ghiaccio? Basta osservare il diagramma di fase!! Dario Bressanini

34 3-D Struttura dell Acqua L acqua è una Sostanza Unica Massima Densità 4 C Density of Water Il ghiaccio è meno denso dell acqua 34

35 Diagramma di Fase dell Acqua Sono presenti: una fase liquida una fase gassosa varie fasi solide. Ghiaccio Acqua Dario Bressanini

36 Esempi di Diagrammi di Fase Diossido di Carbonio Dario Bressanini Carbonio

37 Fasi Metastabili È possibile raffreddare l acqua liquida sotto 0 C, e riscaldarla sopra i 100 C, mantenendola allo stato liquido. La fase è metastabile, e tende a trasformarsi, rispettivamente, in ghiaccio o vapore Si parla di liquido superraffreddato o superriscaldato Dario Bressanini