GLI STATI DELLA MATERIA E LE SOLUZIONI
Stati di aggregazione della materia
Cambiamenti di stato La temperatura del cubetto di ghiaccio aumenta fino a raggiungere un valore detto PUNTO (O TEMPERATURA) DI FUSIONE al quale il cubetto comincia a fondere (0 C). Al PUNTO (O TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE) l acqua allo stato liquido comincia a bollire passando allo stato di vapore (100 C).
Stato solido I solidi hanno forma propria e sono caratterizzati dalla presenza di una STRUTTURA CRISTALLINA. Nei cristalli, le particelle sono disposte nello spazio secondo uno schema geometrico che si ripete in modo ordinato nelle tre dimensioni: il RETICOLO CRISTALLINO. Questo è generato dalla ripetizione della CELLA ELEMENTARE, la più piccola porzione del reticolo cristallino che presenta tutte le caratteristiche geometriche dell intero reticolo. In base alla natura delle particelle e dei legami: -solidi molecolari: interazioni deboli (Van der Waals e H). per es. il ghiaccio. -solidi ionici: legami ionici (ioni positivi e negativi legatitra loro). -solidi metallici: legami metallici (ottimi conduttori). -solidi covalenti: legami covalenti. Solidi duri come diamante e quarzo.
Stato liquido Lo stato liquido ha proprietà intermedie tra solidi e gas. Le forze di coesione non vincolano le particelle in un reticolo cristallino (solido) ma non sono neppure così deboli da determinare un allontanamento reciproco indefinito (gas). Proprietà caratteristiche: Proprietà caratteristiche: - fluidità: scorrimento delle particelle di liquido l una sull altra. - incomprimibili: non è possibile ridurre il loro volume aumentando la pressione (come nei gas). - diffusibilità (se miscibili) di due liquidi messi a contatto. - tensione superficiale: tendenza a minimizzare la superficie. - capillarità: (acqua- mercurio / forze di adesione-coesione).
Stato gassoso Grandezze che definiscono il comportamento di un gas: -densità: numero di molecole per unità di volume (comprimibili e miscibili). -temperatura: influenza la velocità media delle molecole. -volume: spazio occupato dalle molecole. -pressione che le molecole esercitano sulle pareti di un recipiente chiuso. (mmhg, Pa, atm).
RICORDA: CONDIZIONI NORMALI 20 C e 1 atm CONDIZIONI STANDARD 0 C e 1 atm
Leggi dei gas Legge di Boyle: a temperatura costante, la pressione e il volume di un gas sono inversamente proporzionali. PV = k. T costante. (per es. gomma bicicletta). P1* V1 = P2*V2 Se, a temperatura costante, comprimiamo un gas all interno di un recipiente per ridurne il volume, la pressione del gas aumenta
Leggi dei gas Legge di Charles: a pressione costante, il volume e la temperatura di un gas sono direttamente proporzionali. V = kt. P costante. (per es. mongolfiera). K = C + 273,16 V1 = V2 T1 T2 A pressione costante, un gas si espande quando è riscaldato
Leggi dei gas Legge di Gay-Lussac: a volume costante, la pressione e la temperatura di un gas sono direttamente proporzionali. P = kt. V costante. (per es. bombolette spray). P1 = P2 T1 T2 A volume costante, la pressione di un gas aumenta all aumentare della sua temperatura.
Gas ideali e legge di stato Caratteristiche: - le molecole di un gas sono puntiformi, cioè il loro volume è trascurabile. - gli urti tra le molecole sono elastici, cioè non ci sono trasferimenti di energia legati alle collisioni. - non esistono forze di attrazione o repulsione tra le molecole di un gas ideale. Tuttavia un gas reale, ai valori di temperatura e pressione ambiente (25 C e 1atm), mostra i requisiti dei gas ideali. Legge di stato dei gas ideali: PV = nrt n, numero di moli del gas R, costante universale dei gas ideali. Pari a 0,0821 quando P (atm), V (litri) e T (Kelvin).
Legge di stato dei gas ideali: PV = nrt Principio di Avogadro: volumi uguali di gas diversi, alla stessa T e P, contengono lo stesso numero di particelle. Una mole di un qualsiasi gas, agli stessi valori di T e P, occupa sempre il medesimo volume V1 = V2 n1 n2 n = numero delle moli
Miscele di gas Legge di Dalton o legge delle pressioni parziali: la pressione totale esercitata da una miscela di gas diversi è data dalla somma delle pressioni parziali esercitate da ogni singolo componente della miscela. P tot = P a + P b + P c P x = n x /n tot x P tot
Le soluzioni Una soluzione è un sistema omogeneo costituito dall unione di due o più sostanze pure. Il componente presente in maggior misura è chiamato SOLVENTE mentre quello presente in minor misura è detto SOLUTO. In una soluzione possono essere presenti due o più soluti.
Solubilità Simile scioglie simile: un soluto si scioglie in un solvente quando tra i due componenti si stabiliscono forze di attrazione dette, forze di coesione, della stessa natura di quelle che esistono tra i componenti puri. La SOLUBILITÀ di un soluto è la quantità massima di soluto che può essere disciolta in una quantità definita di solvente a una certa temperatura. Una soluzione in equilibrio con il proprio corpo di fondo è detta SATURA. La solubilità di una sostanza può anche essere definita come la concentrazione della soluzione satura della stessa.
Concentrazione delle soluzioni Molarità (M): numero di moli di un soluto presenti in 1 litro di soluzione (mol/v). g = mol x PM. C1 x V1 = C2 x V2. Molalità (m): numero di moli di soluto presenti in 1 Kg di solvente. Frazione molare (x): rapporto tra numero di moli di quel componente e il numero di moli di tutti i componenti della soluzione. Percentuale (%): rapporto percentuale tra quantità di soluto e di solvente. (p/v, g/100ml) opp. (v/v, ml/100ml).
MOLE Si definisce col termine mole la quantità in grammi di un elemento o di una molecola uguale al suo peso atomico o molecolare relativo. Una mole di carbonio (C) è formata da 12 g di carbonio. Ma una mole di ossigeno molecolare (O 2 ) è formata da 32 g di ossigeno (16 + 16). Se noi pesiamo 98.076 g di acido solforico otteniamo una mole di acido solforico. Una mole di una qualunque sostanza contiene sempre lo stesso numero di atomi (o molecole). Tale numero, detto numero di Avogadro, è 6,02 x 10 23 atomi o molecole
Esempio di domanda (risposta rossa corretta) Una mole di una sostanza (atomi, molecole, ioni) è: Un insieme di atomi, molecole, ioni dello stesso tipo La grandezza fisica fondamentale che definisce l unità minima di qualsiasi sostanza La quantità di sostanza che contiene 6 x 10 23 atomi, molecole, ioni La quantità di sostanza contenuta in un grammo di atomi, molecole, ioni La quantità di sostanza in grammi corrispondente al numero atomico. Il numero dei atomi di idrogeno contenuti in una mole di H 2 O è: 6,022 x 10 23 12,046 x 10 23 18, 069 x 10 23 2 6,022 x 10-23 Esempio di domanda (risposta rossa corretta)
D E F I N I Z I O N I
La molarità: esprime il numero di moli di soluto presenti in un litro di soluzione. Si indica con M. Esempio di domanda (risposta rossa corretta) Una soluzione 1 molare si prepara sciogliendo 1 mole di soluto in: 1 litro di solvente 1 kg di solvente 1 kg di soluzione 1 litro di soluzione 100 ml di solvente Il cloruro di sodio (NaCl) ha peso molecolare 58. Quanti grammi di NaCl occorre pesare per fare 500 ml di una soluzione 1 M? 58 5,8 29 500 10 Esempio di domanda (risposta rossa corretta)
Per cento in peso (% P/P) indica quanti grammi di soluto sono sciolti in 100 g di soluzione. una soluzione di NaCl al 3% (P/P) è costituita da 3 g di sale e 97 g di acqua. La massa totale è di 100 g, ma non è definito il suo volume, che dipende dalla temperatura e dalla natura del soluto Percentuale in peso di soluto per volume di soluzione (% P/V): indica i grammi di soluto presenti in 100 ml di soluzione. Esempio di domanda (risposta rossa corretta) Quanti grammi di soluto al 20% (p/p) sono presenti in 300 g di soluzione? 20 15 40 6 60
Effetto della temperatura sulla solubilità solido + liquido soluzione ΔH > 0 processo generalmente gas + liquido soluzione endotermico ΔH < 0 processo generalmente esotermico Un aumento della temperatura produce sempre lo spostamento dell equilibrio così da favorire processi endotermici e sfavorire processi esotermici. SOLIDI GAS
Effetto della pressione sulla solubilità
Solubilità di un gas in ambiente acquoso La solubilità di un gas in acqua varia molto dalle caratteristiche chimiche della molecola gassosa. La massa di gas che si scioglie in acqua, ad una data temperatura, è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas. Con l aumento di pressione le molecole del gas si ritrovano più concentrate, quindi, se si spostano alcune molecole dalla fase gassosa alla fase liquida, si provoca una diminuzione del numero di particelle nel volume aereo, ossia della pressione stessa. Un gas sciolto in un liquido è in equilibrio con il gas in fase aerea. Una diminuzione della pressione porta a: Un aumento della solubilità del gas nel liquido Nessuna modificazione della solubilità del gas La fuoriuscita di gas dalla soluzione Una diminuita reattività chimica del gas Un aumento dell energia cinetica delle molecole di gas
PROPRIETA COLLIGATIVE Dipendono dal numero di particelle sciolte in una soluzione e non dalla loro natura chimica. 1. Abbassamento della tensione di vapore 2. Aumento della temperatura di ebollizione 3. Abbassamento della temperatura di congelamento 4. Pressione osmotica
Osmosi: processo nel quale un solvente passa attraverso una membrana semipermeabile ed entra in una soluzione.
Nel sistema schematizzato in basso la SOLUZIONE è separata dal SOLVENTE PURO tramite una membrana permeabile al solvente ma non al soluto (membrana semipermeabile). Si definisce PRESSIONE OSMOTICA la pressione che bisogna esercitare per arrestare il flusso di solvente. Si indica con π (pi greco).
PRESSIONE OSMOTICA La pressione osmotica (π) è la pressione che occorre esercitare su di una soluzione separata con una membrana semipermeabile dal solvente (o da una soluzione più diluita) affinché il solvente non la diluisca passando in essa. Sperimentalmente si trova che la pressione osmotica aumenta all aumentare di T. Legge di Van t Hoff: M=molarità R=costante dei gas T=temperatura in K π=mrt
Pressione osmotica nelle cellule Le cellule sono costitute da una membrana cellulare con all interno una soluzione acquosa. La membrana cellulare può essere considerata come una membrana semipermeabile in quanto permette il passaggio di acqua ed impedisce (regolandone il flusso) quello di buona parte delle molecole e degli ioni. Il volume cellulare è mantenuto grazie al livello osmotico bilanciando le concentrazioni esterne ed interne di (praticamente solo) 3 ioni: Na +, K + e Cl -. La pressione osmotica cellulare è mantenuta uguale a quella dei fluidi extracellulare e del sangue, così che non vi sia né fuoriuscita né entrata netta di acqua.
PRESSIONE OSMOTICA E TONO DELLE SOLUZIONI Il concetto di Tonicità si utilizza quando si paragonano due o più soluzioni. Assumendo che la membrana sia permeabile solo al solvente e conoscendo il valore della pressione osmotica della nostra soluzione A, essa sarà: Isotonica quando la soluzione B possiede la stessa pressione osmotica. Nessun flusso netto di solvente. Ipotonica quando la soluzione B possiede una pressione osmotica maggiore (maggiore concentrazione di soluti). Flusso netto di solvente A B. Ipertonica quando la soluzione B possiede una pressione osmotica minore (minore concentrazione di soluti). Flusso netto di solvente B A.