DOCENTE: Prof. Alessandro Vergara Tel TESTO CONSIGLIATO: LA CHIMICA FISICA ATTRAVERSO ESERCIZI SANTE CAPASSO

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1 CORSO DI CHIMICA FISICA DOCENTE: Prof. Alessandro Vergara Tel web docenti: TESTO CONSIGLIATO: LA CHIMICA FISICA ATTRAVERSO ESERCIZI SANTE CAPASSO ED. LOGHIA, 2 EDIZIONE MATERIALE DIDATTICO INTEGRATIVO: PPT PUBBLICATI SUL WEB DOCENTI 1

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3 La Chimica Fisica si prefigge di descrivere, sia a livello macroscopico sia a livello atomico-molecolare, la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia. Basandosi sempre più sullo sviluppo di metodologie sperimentali e di calcolo, mira alla costruzione di modelli di interpretazione e di previsione di parametri sperimentali e alla soluzione di problematiche relative a sistemi complessi di interesse chimico, fisico, biologico, ambientale e dei materiali. CHIMICA FISICA DESCRIZIONE DEI CONTENUTI

4 PROGRAMMA 4

5 Messaggi della lezione: 1) Definire le variabili di stato 2) Mostrare come proprietà macroscopiche siano direttamente legate a proprietà microscopiche. Il caso dei gas ideali e reali 5

6 Fenomenologia dei gas Le variabili di stato viste da un punto di vista macroscopico

7 Gas ideali e variabili di stato Video Boyle aphs/p701e02.html 7

8 Sistema Internazionale 8

9 1atm 9

10 Misura di p Introduzione a proprietà dei gas (densità, pressione e T) Chem/GenChemTutorials.htm

11 Unità della pressione Pound=libbra= 454 g Inch=Pollice= 2,5 cm 1 bar= 14,5 psi=100 kpa Unità di misura della pressione

12 Ruolo delle unità di misura, R

13 Temperatura (K e C) 13

14 T ambiente e la costante R 14

15 Atmosfera a composizione costante per convezione e diffusione. Con formula barometrica p = p 0 e h / H H circa 8 Km. Ovvero a h=ln2h, 6 Km p è dimezzata.? Come cambia a T diverse?

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17 Approfondimenti e curiosità: Il modello dei gas ideali I gas visti da un punto di vista microscopico

18 La noia: cosa fanno i gas ideali Traslano in modo casuale a T> 0 K Vibrano continuamente, anche a o K Ruotano a T> 0 K Urtano le pareti elasticamente NON urtano tra di loro NON interagiscono tra di loro

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20 Significato microscopico della temperatura Energia cinetica media, dal modello cinetico dei gas in 3D risulta che pv=1/3mc 2 Relazione tra velocità molecolare e T, c 2 =3RT/M Poiché k=r/n A, ½ kt per molecola e per grado di libertà CHE SE NE FA IL GAS DIkT? kt va visto come un budget energetico da spendere, ma in condizioni di una tendenza patologica allo shopping! Ci ritorneremo anche sul trasporto/cinetica

21 La testarda tendenza a sbattere dell ubriaco: significato microscopico della pressione Numero degli urti (n, V) Distanza di cammino libero medio

22 Alcuni siti sui gas Databases Proprietà termoficsche di fluidi. NIST Chemistry webbook Tutorials Deviazione per volume escluso Deviazioni passo passo Shows how to use equations to calculate unknowns. Software Convertitore di unità di misura, p

23 Quando si viaggia ad occhi aperti si vede il diverso I GAS REALI

24 Messaggi della lezione: 1) Fenomenologia delle deviazioni dall idealità dei gas reali 2) Modelli interpretativi di van der Waal e dello sviluppo del viriale. 3) Una legge di corrispondenza degli stati

25 EVIDENZA sul fattore di compressione Z=pV m /RT Z=1 gas perfetto Z>1 prevalgono le forze repulsive Z<1 prevalgono forze attrattive

26 Equazione empirica del viriale 26

27 Determinazione di B 2 27

28 INTERPRETAZIONE GENERALE Accensione delle interazioni a p alta

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30 Segni e valori di B Hanno segni variabili in ragione dell effetto netto se attrattivo o repulsivo

31 T di Boyle dz/dp=0 per un gas perfetto Dal viriale dz/d(1/v m ) tende a B per V m infinito dz/dp=b+2pc+. Tende a B per p che va a 0 B(T), ed esisterà una T (detta di Boyle) alla quale a Z=1 la pendenza dz/dp è 0

32 II evidenza di non idealità LIQUEFAZIONE

33 Liquefazione per compressione da A a T costante. Deviazioni dalla legge di Boyle dal punto B in poi. Da C in poi il gas viene compresso senza variazione di pressione (tratto orizzontale CDE). Compare il liquido, che aumenta andando da C verso E. La p del tratto orizzontale è la pressione di vapore saturo del liquido alla T dell esperimento.

34 Costanti critiche della CO2

35 Gas di van der Waals Descrive il comportamento dei gas in termini di 2 parametri che tengono conto di attrazioni (a) e repulsioni (b) Prevede il comportamento critico Legge generalizzabile una volta passati alle variabili ridotte (divise per quelle critiche)

36 Gas di van der Waals 36

37 a e b 37

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40 Legge dei gas reali hemistry/pchem9e/01student/graphs/livinggraphs/p7 01E03.html

41 Legge degli stati corrispondenti 41

42 Isoterma vdw a diversi parametri critici: La T critica corrisponde alla curva 1

43 L uso di variabili ridotte organizza i dati dei 4 gas su curve singole Possibile coordinare le proprietà di una serie di gas su di un unico diagramma

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45 APPROFONDIMENTI Potenziali di interazione

46 Parametri di interazioni intermolecolari 46

47 Unità di misura elettriche 47

48 Un caso importante: Interazioni tra sfere rigide 48

49 Databases CRC Handbook of Chemistry and Physics Data on Fluid properties (section 6). Data may be accessed after purchasing a personal or institutional subscription. Thermophysical Properties of Fluid Systems Data on the thermophysical properties of fluid systems. This is a section of the NIST Chemistry webbook Tutorials Gas Laws Tutorial Simple tutorial on gas laws. Deviation from Ideal Explains the deviations of gases from ideal behaviour. Ideal and Real Gas Laws Shows how to use equations to calculate unknowns. Software Pressure Conversion Online Converter for different units of pressure.