Termodinamica Chimica

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1 Universita degli Studi dell Insubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale Termodinamica Chimica Equilibrio Liquido-Vapore dario.bressanini@uninsubria.it 1

2 Pressione di Vapore 2

3 Distribuzione delle Velocità Le molecole del Liquido hanno una distribuzione di energia cinetica. Una frazione di molecole della superficie del liquido ha energia cinetica sufficiente per sfuggire all attrazione attrazione molecolare Dario Bressanini 3

4 Distribuzione e Temperatura Dario Bressanini 4

5 Pressione di Vapore Le molecole che rimangono hanno energia media minore,, e quindi il liquido si raffredda. Del calore viene assorbito dall ambiente, ambiente, e altre molecole lasciano il liquido. Alcune delle molecole del gas colpiscono la superficie e ritornano nel liquido. Dopo un certo tempo, il numero di molecole che lasciano il liquido nell unit unità di tempo è uguale al numero di molecole che ritornano al liquido Si è instaurato un EQUILIBRIO DINAMICO Dario Bressanini 5

6 Dario Bressanini 6

7 Pressione di Vapore La pressione del gas in equilibrio con il liquido viene chiamata Pressione di Vapore Dario Bressanini 7

8 Pressione di Vapore Se il recipiente è aperto, l equilibrio non viene mai raggiunto,, e il liquido evapora Se il recipiente è chiuso, la pressione del gas aumenta sino ad arrivare al valore di equilibrio Dario Bressanini 8

9 Pressione di Vapore e Volatilita Le sostanze volatili evaporano piu rapidamente Piu alta la temperatura, piu veloce l evaporazionel La Volatilita di una sostanza e e correlata alle forze intermolecolari. Piu deboli sono le forze intermolecolari, piu veloce l evaporazione. 0 o C 20 o C 30 o C Dietiletere Press. Vap (torr) Etanolo Acqua Dario Bressanini 9

10 Esperimento Dario Bressanini 10

11 Esperimento Dario Bressanini 11

12 Punto di Ebollizione Il liquido entra in ebollizione quando la pressione di vapore e e uguale alla pressione esterna Il Punto di Ebollizione aumenta all aumentare aumentare della pressione. Punto di Ebollizione Normale: pressione = 1 atm Punto di Ebollizione Standard: pressione = 1 bar Dario Bressanini 12

13 Pressione di Vapore Evaporazione: : le molecole sfuggono dalla superficie Ebollizione: : il gas si forma anche all interno del liquido Dario Bressanini 13

14 Ebollizione Solo quando la pressione di vapore raggiunge la pressione esterna,, le bolle di vapore riescono a vincere la pressione e formarsi all interno del liquido. E possibile far bollire un liquido aumentando la temperatura o diminuendo la pressione Dario Bressanini 14

15 Ebollizione Dario Bressanini 15

16 Pentola a Pressione Denis Papin nel 1682 inventa la Pentola a Pressione,, completa di valola di sfogo. In una normale pentola, la temperatura dell acqua non supera mai i 100 C. Nella pentola chiusa ermeticamente, l acqual evapora aumentando la pressione di vapore. La temperatura dell acqua raggiunge i 120 C C e 2 Atm. Dario Bressanini 16

17 Pressione di Vapore Dario Bressanini 17

18 Ebollizione a Bassa Pressione Attenzione se cucinate in alta montagna!! Dario Bressanini 18

19 Ebollizione a Bassa Pressione Localita Altitudine (m) P.to Ebollizione H 2 O ( o C) Rimini Courmayeur Mt. Everest Dario Bressanini 19

20 Ebollizione a Bassa Pressione MARTE Temperatura media: 218 K (-55 C) Range: 140/300 K (-133/27 C) Atmosfera: CO2 95.3% N2 2.7% Ar 1.6% O2 0.15% H2O 0.03% Pressione media: 6 millibar In queste condizioni l acqua è solida o gassosa. Nelle zone a pressione più alta, l acqua bolle a 10 C. I marziani non possono cucinare la pasta, a meno di usare la pentola a pressione!! Dario Bressanini 20

21 Equazione di Clausius- Clapeyron 21

22 Equilibrio Liquido-Vapore Vogliamo una espressione matematica della curva di equilibrio Liquido-Vapore Consideriamo il vapore in equilibrio con il liquido Δ vap G = G m ( g) G ( l) = m 0 µ g = µ l Per un liquido µ l µ l o Per un vapore/gas µ g = µ o g + RT ln(p) Δ vap G = µ 0 g + RT ln p µ 0 l = Δ vap G 0 + RT ln p = 0 Dario Bressanini 22

23 Equazione di Clausius-Clapeyron Clapeyron Poiche Δ vap G 0 = Δ vap H 0 TΔ vap S 0 Δ G 0 vap + RT ln p = 0 RT ln p = - Δ vap G o Considerando due pressioni e temperature diverse (assumendo costanti i ΔΗ ΔΗ vap ) Δ ln p = vap H RT 0 + Δ vap R S 0 ln p p = Δ 0 2 vap 1 1 R H 1 T 1 T 2 d dt ln p Δ vap = 2 RT H 0 Dario Bressanini 23

24 Equazione di Clausius-Clapeyron Clapeyron Equazione di Clausius-Clapeyron Clapeyron ln(p 2 /P 1 )=(Δ vap H/R)(1/T 1-1/T 2 ) Il grafico ln(p) ) vs 1/T e lineare Conoscendo Δ vap H, p 1 e T 1, possiamo calcolare p 2 e T 2 Conoscendo p 1, T 1, p 2 e T 2 possiamo calcolare Δ vap H Dario Bressanini

25 Equazione di Clausius-Clapeyron Clapeyron Dario Bressanini 25

26 Temperatura Critica Se aumentiamo la temperatura di un liquido in un recipiente chiuso,, la pressione di vapore aumenta. Vapore Liquido La densita del gas aumenta,, sino a raggiungere quella del liquido Alla Temperatura Critica non vi è più separazione tra liquido e vapore.. Il fluido possiede proprietà simili a quelle di un liquido Dario Bressanini 26

27 Punto critico Al di sopra della temperatura critica si parla di Fluido Supercritico Sostanza T. Critica P. Critica (K) (atm) Ammoniaca NH Argon, Ar CO Azoto,, N Ossigeno,, O Freon-12, CCl 2 F Acqua,, H 2 O Dario Bressanini 27

28 Fluidi Supercritici I fluidi supercritici sono solventi eccezionali. La CO 2 supercritica viene usata per estrarre la caffeina dal caffè per preparare il caffè decaffeinato. L acqua per preparare un espresso è a C C e 9 Atm Dario Bressanini 28