GLI STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA. Lo stato liquido

Transcript

1 GLI STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA Lo stato liquido

2 Lo stato liquido Liquidi: energia dei moti termici confrontabile con quella delle forze coesive. Limitata libertà di movimento delle molecole, che determina una struttura disordinata nel complesso, con un certo grado d ordine a corto raggio. Molecole di un liquido in continuo movimento: origine dei moti browniani. Isotropia (stesse proprietà fisiche in tutte le direzioni) 2

3 Lo stato liquido Liquidi: vengono classificati in base alla natura delle particelle costitutive e delle loro reciproche interazioni: L. ionici formati da ioni (sali fusi) L. metallici (metalli fusi) L. molecolari semplici (molecole interagenti con forze di V. d. W) L. molecolari con legame a idrogeno (acqua, alcoli,..) 3

4 Ordine a corto raggio Proprietà dei liquidi Pressione di vapore (Tensione di vapore) Tensione superficiale Viscosità 4

5 La pressione di vapore 5

6 La pressione di vapore In un recipiente chiuso contenente un liquido, dopo un certo tempo, v evaporazione = v condensazione Quando si raggiungono le condizioni di equilibrio (a T costante), la pressione esercitata dalla molecole nella fase di vapore è chiamata pressione di vapore o tensione di vapore del liquido. La temperatura alla quale la pressione di vapore risulta uguale a quella esterna è chiamata temperatura di ebollizione (in particolare essa è chiamata temperatura normale di ebollizione se la pressione esterna è uguale a 1 atm). 6

7 La pressione di vapore: dipendenza da T v evap n molecole con E c E * E * = H vap (o L vap ). Questo è il calore o energia di vaporizzazione, cioè il calore (o energia) che il liquido deve assorbire per passare allo stato gassoso Dalla distribuzione di Maxwell Boltzman: v evap = c 1 e H vap RT v cond concentrazione pressione v cond = c 2 P v evap = v cond P = Ae H vap RT 7

8 Effetto della temperatura sulla pressione di vapore 8

9 La tensione superficiale Tensione superficiale (γ) 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 Si parla di tensione interfacciale quando si fa riferimento all interfaccia tra due liquidi immiscibili o tra un solido e un liquido origine molecolare L energia delle molecole sulla superficie è maggiore di quella delle molecole nella massa (bulk) 9

10 Manifestazioni della tensione interfacciale 10

11 I tensioattivi H 3 C H 3 C SO 3 - Na + Coda APOLARE testa POLARE Na + O - O acqua acqua olio 11

12 Manifestazioni della tensione interfacciale: la capillarità A B In A, le forze di adesione con il vetro sono più forti delle forze di coesione tra le particelle del liquido 12

13 La viscosità Si può definire la viscosità di un liquido come sua la resistenza allo scorrimento. Se supponiamo il fluido come diviso in tanti strati paralleli che scorrono l uno sull altro, la viscosità misura l attrito che gli strati di liquido incontrano nel loro moto relativo. v x v=0 13

14 La viscosità La viscosità è influenzata da: forma e dimensioni delle molecole forze intermolecolari che permettono il facile (bassa viscosità) o difficile (alta viscosità) scorrimento di uno strato di liquido sull altro. In genere la viscosità diminuisce all aumentare di T 14

15 Le soluzioni Definiamo SOLUZIONE un qualunque sistema a più componenti fisicamente omogeneo, ovvero una qualsiasi fase in cui sono presenti più specie chimiche. Possono essere sistemi solidi, liquidi e gassosi, ma comunemente si parla di SOLUZIONI LIQUIDE. In una soluzione si indica come solvente il componente che ha lo stesso stato di aggregazione di questa e come soluto l altro (o gli altri) componenti. Nel caso di due o più componenti presenti nello stesso stato di aggregazione si indica come solvente quello presente in maggiore quantità. 15

16 Soluzione Solvente liquido nel quale viene omogeneamente disperso un Soluto solido liquido gassoso Soluzioni e modi di esprimere la composizione La composizione di una soluzione viene definita indicando le quantità relative dei componenti. La composizione di una soluzione è definita in modo quantitativo mediante la concentrazione. La concentrazione indica la quantità di soluto, espressa in unità di peso, di volume o in moli, disciolto in un certo volume o peso di soluzione o di solvente puro. 16

17 Soluzioni e modi di esprimere la composizione Frazione ponderale W mi mi i = = m m W 1 i i = tot Con si indica m i i la massa in grammi del componente i-esimo. Le frazioni ponderali assumono sempre valori compresi fra 0 e 1. Per passare alla % in peso bisogna moltiplicare per 100. Frazione molare n i n i X i = = X i = 1 n in i tot i Con n i numero il numero di moli del componente i-esimo. Le frazioni molari assumono sempre valori compresi fra 0 e 1. 17

18 Percentuale in volume Indica il volume di soluto (in millilitri) contenuto in 100 ml di soluzione: V i % (volume %) = volume soluto (ml) volume soluzione (ml) 100 Parti per milione (ppm) Quando la quantità di soluto è molto piccola, essa viene spesso indicata in parti per milione: ppm massa soluto (g) massa soluzione (g) 6 4 (in massa) = 10 = w % 10 i i ppm volume soluto (ml) volume soluzione (ml) 6 4 (in volume) = 10 = V % 10 i i 18

19 Molarità (mol/l) Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1litro di soluzione. ni C = M = i i Vsoluzione La concentrazione molare di una specie si può indicare riportando il corrispondente simbolo chimico tra parentesi quadra: [X] Molalità Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1 Kg di solvente. m i = 1000 Concentrazione in grammi/litro g n i solvente C = ' i m V i soluzione 19

20 La solubilità (S) Solo per alcune coppie di liquidi (acqua-etanolo, benzenetoluene) si ha una reciproca solubilità illimitata. Scelto un determinato solvente, tenendo costante T, esiste un limite alla quantità di una sostanza che si può sciogliere formando un unica fase omogenea. SOLUBILITA (S) = massima quantità di una sostanza che può essere aggiunta ad un solvente senza che si abbia separazione di fase (ad una data T). Effetto della pressione sulla solubilità: quasi nullo per i liquidi e i solidi, può essere rilevante invece per i gas. Effetto della temperatura sulla solubilità: S aumenta al crescere di T se il processo di dissoluzione è endotermico, viceversa S diminuisce se il processo è esotermico (come per i gas). 20

21 Effetto della pressione sulla solubilità di un gas Ad una data temperatura la solubilità di un gas aumenta all aumentare della pressione. 21

22 Effetto della temperatura sulla solubilità di alcuni sali 22