Lo stato liquido. Stato liquido: situazione intermedia non ben definita struttura semiordinata Volume proprio assenza di forma propria

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1 Lo stato liquido gas liquido solido erfetto disordine erfetto ordine Stato liquido: situazione intermedia non ben definita struttura semiordinata Volume proprio assenza di forma propria

2 Modello per lo stato liquido: modello del volume libero Il liquido è un insieme di regioni ordinate, regioni disordinate, e spazio occupato da molecole libere Le particelle che si trovano nelle cavità si comportano come nello stato gassoso Le particelle distanti da queste cavità si comportano come nello stato solido Chimica Generale e Inorganica Volume libero = 3% del volume Densità gas < densità liquido (>800 volte )< densità solido (>, volte) Distanze molecolari poco maggiori di quelle dello stato solido Bassa compressibilità (circa 3% del volume libero) Viscosità (minore volume libero maggiore viscosità) Aumento del volume con la T (maggiore energia cinetica della particella nelle cavità maggiore volume libero) Diffusione: 0-6 cm /sec, circa ¼ che nei gas

3 Tensione superficiale (g) i liquidi possiedono una superficie che li delimita. Una molecola interna al liquido subisce attrazione in tutte le direzioni. Una molecola di superficie subisce attrazione solo verso l interno del liquido curvatura della superficie. Le forze attrattive intermolecolari tendono a minimizzare l area superficiale del liquido. Gocce di liquido di forma sferica La creazione di nuova superficie richiede di fornire energia al sistema. Tensione superficiale (g) è il lavoro necessario per aumentare la superficie di m

4 Interazione liquido-solido: superfici bagnabili (Wetting) Il comportamento di un liquido in contatto con un solido dipende dalle interazioni: molecola-molecola (forze di coesione) e molecola-superficie (forze di adesione). superficie idrofobica: pralgono le forze di coesione plastica-acqua Vetro-mercurio superficie idrofilica: pralgono le forze di adesione Vetro-acqua: gruppi OH di superficie del vetro (SiO amorfo) formano legami idrogeno con l acqua

5 Sulle superfici idrofiliche (bagnabili) il liquido tende a salire lungo le pareti provocando fenomeni: Menisco superficiale (superficie curva) Innalzamento capillare r h h g dgr g = tensione superficiale g = accelerazione di gravità d = densità liquido r = raggio di curvatura l innalzamento capillare dipende dal diametro del tubo: tanto minore è il diametro tanto maggiore l innalzamento capillare La superficie si solla poiché le forze di adesione tra l'acqua ed il solido che la contiene sono maggiori delle forze di coesione tra le molecole d'acqua. Se invece pralgono le forze di coesione il menisco è convesso e la superficie è infossata.

6 Evaporazione: passaggio dallo stato liquido allo stato vapore equilibrio dinamico aporazione condensazione velocità aporaz = velocità condensaz Tensione di vapore = pressione dovuta alle molecole di vapore in equilibrio con il suo liquido alla temperatura considerata

7 i liquidi aporano anche a temperature inferiori alla temperatura di ebollizione Tensione (pressione) di vapore = pressione che esercita il vapore in equilibrio con il suo liquido (dipende dalla temperatura) Temperatura di ebollizione = la temperatura a cui la tensione di vapore eguaglia la pressione atmosferica (si formano bolle di vapore all interno del liquido) T eb = H O 00 C a pressione atmosferica 760 mmhg 90 C a pressione atmosferica 55 mmhg (3500 m )

8 Frazione delle molecole di liquido con energia sufficiente a passare allo stato di vapore: curva di distribuzione di Maxwell-Boltzmann E* energia minima per lasciare il liquido E caratteristica di ogni liquido poiché dipende dalle forze di interazione intermolecolari. N E N * 0 e * E k e * E La pressione di vapore dipende dal valore E* E* = DH di aporazione se l energia è fornita sotto forma di calore, a pressione costante

9 All equilibrio: v condensazi one v aporazione Chimica Generale e Inorganica Stato a e T Stato a e T c passando ai logaritmi: c ln lnk DH log log k,3 DH log log k,3 e ΔH ap ΔH c c e DH ke DH log log k,3 sottraendo membro a membro: DH log log ΔH,3 ΔH,3 log DH,3R T T

10 Legge di Clausius-Clapeyron Chimica Generale e Inorganica log DH,3R T T La tensione di vapore cresce con la temperatura (DHap >0) ed è caratteristica per ogni sostanza poiché dipende dal tipo di interazioni tra le particelle.

11 Curva di riscaldamento di un solido: temperatura del solido in funzione del tempo di riscaldamento Durante un passaggio di stato la temperatura del sistema è costante. Il calore fornito serve a rompere i legami tra le particelle DH ap > DH fus I tratti lineari di riscaldamento hanno pendenze diverse: il calore specifico dipende dallo stato di aggregazione

12 Curva di raffreddamento di liquidi Solido amorfo sottoraffreddamento

13 Cambiamento di stato: Diagrammi di stato Chimica Generale e Inorganica arametri di stato: e T Diagramma di stato di H O Curve = rappresentano i punti di equilibrio tra due stati di aggregazione unto triplo = coesistono in equilibrio i tre stati di aggregazione k e ΔH liq c unto critico = al di sopra di T cr e cr non può esistere la fase liquidafluido supercritico V sol > V liq k e k e D H D H sub 0 C

14 Diagramma di stato di CO V sol < V liq in condizioni standard CO è gas -78,5

15 Diagramma di stato dello zolfo 4 fasi fasi solide curve metastabili rombico monoclino

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