I liquidi possiedono quindi un volume proprio e proprietà caratteristiche di questo stato fisico:

Transcript

1 STATO LIQUIDO E uno stato in cui le forze attrattive tra le molecole sono abbastanza consistenti anche se non sono sufficienti per garantire una struttura compatta presente invece nei solidi. Nello stato liquido le molecole si trovano vicine (bassa energia potenziale come nei solidi), ma possono muoversi liberamente (elevata energia cinetica, paragonabile ai gas).

2 I liquidi possiedono quindi un volume proprio e proprietà caratteristiche di questo stato fisico: Viscosità, forza che si oppone al moto interno di strati di liquido. Tensione superficiale, forza attrattiva maggiore per le molecole che si trovano in superficie. Volatilità, Tendenza a passare allo stato di vapore, espressa anche come tensione di vapore.

3 A temperatura ambiente il fenomeno dell'evaporazione costituisce uno stato di equilibrio dinamico dovuto agli urti tra molecola e molecola. La pressione gassosa del vapore in equilibrio con il liquido viene definita pressione di vapore del liquido alla temperatura T considerata. Pressione di vapore

4 La variazione di temperatura influenzerà l'andamento dell'equilibrio LIQUIDO VAPORE o meglio un aumento della temperatura favorirà l'evaporazione in quanto aumenteranno le molecole con energia cinetica sufficiente per evaporare. N/N o = K e -DE/RT

5 Si definisce così: temperatura di ebollizione la temperatura alla quale la tensione di vapore di un liquido eguaglia la pressione esterna. Tensione di vapore La pressione esercitata da una sostanza allo stato gassoso in equilibrio con il suo liquido puro ad una data temperatura Liquidi volatili Liquidi non volatili alta tensione di vapore basse T ebollizione. bassa tensione di vapore alte T ebollizione

6 Consideriamo un liquido puro in equilibrio con il suo vapore a pressione e temperatura costante. Sarà P V = P L T V = T L G V = G L Se operiamo una variazione infinitesima di T avremo: T T dt P P dp e G G dg in cui dg V = dg L Ricordando che G = H TS G = U+PV-TS e H = U+PV si avrà dg = du+pdv+vdp-tds-sdt du = dq rev + dl rev dq rev = TdS In un processo reversibile abbiamo che il lavoro è dato da una variazione di volume dl rev = - PdV da cui du=tds-pdv dg = TdS-PdV+PdV+VdP-TdS-SdT dg = VdP SdT

7 per il passaggio Liq Vap dg = VdP SdT V v dp-s v dt= V L dp-s L dt dp/dt = S v -S L V v -V L Poiché (S v -S L )=Q/T DH ev /T=S v -S L In generale per tutti i passaggi EQUAZIONE DI CLAPEYRON dp/dt = DH /TDV

8 PASSAGGI DI STATO Consideriamo un sistema ad un solo componente; questo può esistere in più stati di aggregazione: FASI del sistema Si possono avere quindi i seguenti equilibri SOLIDO-LIQUIDO SOLIDO VAPORE LIQUIDO VAPORE SOLIDO SOLIDO fusione - solidificazione sublimazione-brinazione evaporazione-condensazione transizione di fase

9 Per studiare questi passaggi di stato si può supporre di sottoporre il sistema a riscaldamento, es. H 2 O a P=cost = 1 atm a partire da 100 C. T P = 1 atm 373K calore latente di evaporazione 273K 173K calore latente di fusione Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q

10 Con questa esperienza si possono fissare le T a cui si hanno i cambiamenti di fase. E importante ricordare che i cambiamenti di fase sono influenzati dalla pressione. Ad esempio l acqua a P= 1Torr ha il seguente andamento T Sublima a C calore latente di sublimazione Q 1 Q 2 Q

11 Disegnando un diagramma di stato si determinano: i campi di esistenza degli stati di aggregazione, le condizioni in cui coesistono i vari stati. Diagramma di stato dell'h 2 O

12 Diagramma di stato della CO2