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
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
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 = 334 10 3 J/Kg pr far fondr 1 Kg di ghiaccio occorrono 334000J 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
Sostanza Cal. Latnt fusion (J/g) T fusion ( C) Cal. Latnt bollizion (J/g) T bollizion ( C) Alcool tilico 108-114 855 78.3 Ammoniaca 339-75 1369-33 Anidrid carbonica 184-57 574-78 Elio 21-268.93 Idrogno 58-259 455-253 Azoto 25.7-210 200-196 Ossigno 13.9-219 213-183 Acqua 335 0 2272 100 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
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
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=2.253 10 6 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 2.253 10 6 J/Kg m = 5 J x 180 / (2.253 10 6 J/Kg)= (900 / 2.253) 10-6 Kg 400 x 10-6 Kg = 0.4 10-3 Kg m = 0.4 g 6
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 = 1.031 Kg/l V [dnsità latt variabil tra 1.029 1.034 g/ml a sconda dlla quantità di grassi contnuta] C caffè = m caffè c caffè = V cal/ C C latt = m latt c latt = 1.031 0.94 cal/ C = 0.969 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 = 1.032 ( Q/V ) C T caffè < T latt 7