Lo stato liquido. i liquidi molecolari con legami a idrogeno: le interazioni tra le molecole si stabiliscono soprattutto attraverso legami a idrogeno

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Carla Manzi
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1 Lo stato liquido Le particelle sono in continuo movimento, anche se questo risulta più limitato rispetto al caso dei gas. Il movimento caratteristico a zig-zag delle particelle è chiamato moto Browniano. roprietà dei liquidi: Isotropia Fluidità Facile diffusione reciproca Classificazione: - liquidi ionici, costituiti da ioni (es. i sali allo stato fuso) - i liquidi molecolari, costituiti da molecole. i liquidi molecolari semplici: tra le molecole esistono soltanto forze di van der Waals i liquidi molecolari con legami a idrogeno: le interazioni tra le molecole si stabiliscono soprattutto attraverso legami a idrogeno

2 La tensione di vapore Evaporazione da recipiente aperto: T 2 > T 1 T 1 T 2 Evaporazione da recipiente chiuso: ressione o tensione di vapore del liquido T costante

3 Temperatura di ebollizione: temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido uguaglia la pressione esterna. Si parla di temperatura normale di ebollizione quando la pressione esterna è pari a 1 atm fenomeno superficiale Evaporazione nell'intervallo Tc < T < T e fenomeno massivo Ebollizione quando vapore esterna

4 L equazione di Clausius-Clapeyron dt T R Q d 2 tensione di vapore del liquido Q calore di vaporizzazione molare T temperatura log log T T R Q p p e e

5 er i solidi: calore di vaporizzazione Q calore di sublimazione S Essendo S > Q d dt solido > d dt liquido la curva che rappresenta la tensione di vapore di un solido, a temperature prossime a quella di solidificazione, ha una pendenza maggiore di quella del liquido:

6 Soluzioni e loro composizione Soluzione sistema fisicamente omogeneo a più componenti solide Soluzioni liquide gassose Solvente componente nello stesso stato di aggregazione della soluzione Soluto o soluti l'altro o gli altri componenti

7 Composizione di una soluzione frazione ponderale: è il rapporto tra la massa g i (espressa in grammi) dell iesimo componente e la massa (sempre espressa in grammi) della soluzione: g i W i g frazione ponderale percentuale (o percentuale ponderale o percentuale in peso): si ottiene moltiplicando la frazione ponderale per 100 g i % peso Wi g concentrazione ordinaria (o concentrazione percentuale): rappresenta la quantità in peso di soluto disciolto in 100 parti di solvente g soluto C % 100 g tot solvente frazione molare: è il rapporto tra il numero di moli del componente i-esimo n i e il numero di moli totali n tot presenti in soluzione ni X i 1 n X i tot tot

8 concentrazione in volume (o percentuale in volume): rappresenta il volume del componente contenuto in 100 volumi di soluzione: Grandezze dimensionate: Vi % volume 100 V tot concentrazione in g/l: è il rapporto tra la massa g i (espressa in grammi) del componente i- esimo e il volume della soluzione. gi C V molarità (o concentrazione molare) M: è il rapporto tra il numero di moli della specie considerata e il volume totale (espresso in litri) della soluzione: ni M V [HCl] 1.2 soluzione 1.2 M di HCl

9 molalità (o concentrazione molale) m: rappresenta il numero di moli di soluto contenute in 1000 g (1 kg) di solvente m 1000 g n i di solvente a grammi di soluto di peso molecolare M b grammi di solvente m a 1000 b M normalità (o concentrazione normale) N: rappresenta il numero di grammi-equivalenti (o semplicemente equivalenti) contenuti in 1 litro di soluzione g equivalenti N V Equivalente di una determinata sostanza quantità di sostanza che trasporta una carica elettrica (positiva o negativa) pari a 1 mole di cariche unitarie. g equivalent i E peso equivalente dell'elemento o del composto g E

10 E di un elemento numero di parti in peso dell elemento che possono combinarsi direttamente o indirettamente con parti in peso di idrogeno. E valenza E di un composto: - idrossido: E Midrossido numero di gruppi ossidrili - acido: E M acido numero di atomi di H acidi numero di equivalenti (n.e.) - sale: E Msale numero complessivo delle valenze degli atomi del metallo contenuti nel sale M composto E N M n.e. n.e.

11 Solubilità È la massima concentrazione che una sostanza può raggiungere in un solvente senza che si abbia separazione di fase soluzione satura soluto solido Variabili: Temperatura ressione

12 Effetto della temperatura soluto gassoso: la solubilità diminuisce all'aumentare della T soluto solido: all'aumentare di T la solubilità può aumentare o diminuire a seconda che il processo di dissoluzione sia accompagnato da assorbimento o sviluppo di calore: fase endotermica (assorbimento di calore) solido cristallino distruzione del reticolo interazione associativa tra le particelle costituenti il solido e le molecole del liquido soluzione fase esotermica (sviluppo di calore)

13 Effetto della pressione soluto gassoso: la solubilità aumenta decisamente all'aumentare della soluto solido: l'influenza della pressione è assai modesta

14 Le proprietà colligative Sono proprietà che dipendono unicamente dal numero e non dalla natura delle particelle di soluto presenti nell unità di volume della soluzione. - Legge di Raoult -Crioscopia - Ebullioscopia - ressione osmotica

15 È valida per soluzioni ideali: Legge di Raoult - sono costituite da componenti con struttura chimica simile - nella loro formazione non si ha nessun effetto termico (sviluppo o assorbimento di calore) i X i i i pressione parziale dell i-esimo componente i tensione di vapore del componente i-esimo puro alla temperatura considerata (spesso indicata come X i frazione molare dell i-esimo componente 0 i ) ertanto: i X i i

16 er una soluzione binaria (2 componenti): X + B X B Essendo X + X B 1 ( 1 X B ) + B X B + ( B ) X B er una soluzione ideale la tensione di vapore ha una dipendenza lineare con la frazione molare di uno qualunque dei due componenti. B B 0 X X B

17 Hp: Soluto B non volatile la sua tensione di vapore è trascurabile rispetto a quella di : ( ) B B B X X X X + 1 B B B n n n X + Limitazioni della legge di Raoult (e delle altre proprietà colligative): - è applicabile solo a soluzioni piuttosto diluite - il soluto B deve avere una tensione di vapore molto bassa e comunque trascurabile rispetto al solvente - il soluto B e il solvente non devono reagire tra loro nè dare origine a soluzioni solide - il soluto B sciogliendosi nel solvente non deve dare nè fenomeni associativi nè dissociativi: non è applicabile alle soluzioni di elettroliti

18 Crioscopia ed ebullioscopia In una soluzione costituita da un soluto non volatile disciolto in un solvente, la temperatura di ebollizione della soluzione è, a parità di pressione esterna, superiore a quella del solvente e la temperatura di inizio congelamento della soluzione è inferiore a quella di congelamento del solvente:

19 Legge generale dell ebullioscopia: T e T ' e T e K e m K e costante ebullioscopica [ C/mol] Legge generale della crioscopia: T c T c - T ' c K c m K c costante crioscopica [ C/mol]

20 K c e K e variano in funzione del tipo di solvente considerato: Solvente K c [ C/mol] K e [ C/mol] H 2 O CH 3 COOH CHCl C 6 H 5 OH

21 Comportamento crioscopico di una soluzione: il solvente solidifica tutto a T c e anche se si sottrae calore la T rimane costante a tale valore fin quando la solidificazione non è completa; da una soluzione diluita si separa al raffreddamento come prima fase solida il solvente puro; sottraendo calore la T continua a diminuire Curve di raffreddamento: Temperatura T c liquido liquido + solido solido Temperatura T c ' T eutettica liquido liquido + solvente solido solvente e soluto solidi liquido + solvente solido + soluto Tempo Tempo Solvente puro Soluzione

22 La pressione osmotica B Soluzione Solvente membrana semipermeabile si crea un dislivello h tra le superfici libere dei due liquidi

23 π B h π V n R T π pressione osmotica [atm] V volume della soluzione [l] n numero di moli di soluto T temperatura assoluta R costante pari a litri atmosfere mol K pplicazioni: osmosi inversa

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