I CAMBIAMENTI DI STATO

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1 I CAMBIAMENTI DI STATO Il passaggio a uno stato in cui l molcol hanno maggior librtà di movimnto richid nrgia prché occorr vincr l forz attrattiv ch tngono vicin l molcol Ni passaggi ad uno stato in cui l molcol sono maggiormnt vincolat l nrgia ch si libra corrispond al lavoro (positivo) compiuto dall forz intrmolcolari attrattiv quando l molcol si avvicinano 1

2 Curva di riscaldamnto pr una sostanza pura Tmpratura di fusion: inizia il passaggio da stato solido a liquido Fusion: la tmpratura non aumnta Quando il passaggio è complto la tmpratura ricomincia a crscr Tmpratura di bollizion: formazion di vapor in tutta la massa dl liquido Vaporizzazion: trasformazion di una sostanza dallo stato liquido a qullo di vapor; avvin pr vaporazion o pr bollizion Ebollizion: la tmpratura è costant all intrno dl liquido Analoga curva di raffrddamnto Tmpratura di bollizion 100 C Tmpratura di fusion 0 C 2

3 Calor latnt Calor latnt di fusion (vaporizzazion) di una sostanza: quantità di nrgia ncssaria pr fondr (vaporizzar) compltamnt l unità di massa di qulla sostanza, quando ssa si trova alla tmpratura di fusion (bollizion) L E m = [J/Kg] Esmpio: Calor latnt di fusion acqua = J/Kg pr far fondr 1 Kg di ghiaccio occorrono J ch possono ssr forniti sottoforma di calor (fiamma) o di lavoro (strofinio) Calor latnt Calor latnt Tmpratura -Durant passaggio di stato rsta costant prché riman costant nrgia cintica mdia di traslazion dll molcol. L nrgia intrna dl corpo invc diminuisc (aumnta) prché vin cduta (assorbita) nrgia dall strno. Qusta diffrnza di nrgia corrispond calor latnt, cioè lavoro compiuto da (contro) forz d attrazion intramolcolar - Quando una sostanza solidifica l su molcol si raggruppano si dispongono in struttur cristallin rgolari; l nrgia cintica mdia è infrior risptto allo stato liquido 3

4 Sostanza Cal. Latnt fusion (J/g) T fusion ( C) Cal. Latnt bollizion (J/g) T bollizion ( C) Alcool tilico Ammoniaca Anidrid carbonica Elio Idrogno Azoto Ossigno Acqua Calor latnt non provoca una variazion di tmpratura. Quando un liquido vapora assorb calor, ma sua tmpratura non aumnta. Calor in forma latnt: ridispon atomi molcol dl liquido nlla nuova forma gassosa. S gas si trasforma in liquido, calor latnt vin librato quando atomi molcol dlla sostanza riprndndo loro forma liquida, mno nrgtica. 4

5 Vuoi raffrddar il più possibil la bibita hai a disposizion un cubtto di ghiaccio un ugual massa di acqua, ntramb a 0 C. E più convnint aggiungr l acqua o il ghiaccio? 1. Calor assorbito da ghiaccio = massa ghiaccio x calor latnt di fusion dl ghiaccio = m x 334 (kj.kg -1 ) = 334 kj x m La fusion dl ghiaccio produc una massa m di acqua a 0 C d assorb una quantità di calor Q L. La tmpratura final dlla bibita si ottin imponndo ch la somma dl calor latnt dl calor ncssario pr riscaldar l acqua dalla tmpratura di liqufazion a T f sia ugual al calor cduto dalla bibita ch si raffrdda a T f M c (T f - T i ) + m c (T f - T L ) + Q L =0 T f = [m c T L - Q L + M c T i ] / [mc[ + Mc] 2. No calor latnt 5

6 Esrcizio Uno strumnto ad immrsion fornisc calor con una potnza pari a 5 J/s. Il latt vin portato alla tmpratura di bollizion mantnuto a qulla tmpratura pr 3 minuti. Calcolar la prdita di massa al trmin di tal intrvallo di tmpo. Assumiamo calor latnt di vaporizzazion pr latt pari a qullo dll acqua L= J/Kg Calor fornito in 2 min = Calor ncssario pr trasformar massa m di latt dallo stato liquido a qullo di vapor alla tmpratura di bollizion 5 J/s x 180 s = m x J/Kg m = 5 J x 180 / ( J/Kg)= (900 / 2.253) 10-6 Kg 400 x 10-6 Kg = Kg m = 0.4 g 6

7 Esrcizio Si raffrdda prima una tazza di caffè o una ugual tazza di latt, s all inizio sono ntrambi alla stssa tmpratura? Sia caffè ch latt sono sostanzialmnt acqua: la diffrnza tra l vlocità di raffrddamnto di du sarà minima Volum tazza V Capacità trmica dlla tazza di caffè C caffè = m caffè c caffè Capacità trmica dlla tazza di latt C latt = m latt c latt Massa caffè = ρ caffè V = 1 Kg/l V Massa latt = ρ latt V = Kg/l V [dnsità latt variabil tra g/ml a sconda dlla quantità di grassi contnuta] C caffè = m caffè c caffè = V cal/ C C latt = m latt c latt = cal/ C = cal/ C Sottraiamo la stssa quantità di calor Q da ntrambi i liquidi. T caffè = Q / C caffè = ( Q/V ) C T latt = Q / C latt = ( Q/0.969V ) C = ( Q/V ) C T caffè < T latt 7