CORSO DI CHIMICA FISICA DOCENTE: Prof. Alessandro Vergara Tel 081674259 avergara@unina.it web docenti: https://www.docenti.unina.it/alessandro.vergara 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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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
PROGRAMMA 4
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
Fenomenologia dei gas Le variabili di stato viste da un punto di vista macroscopico
Gas ideali e variabili di stato Video Boyle http://fdslive.oup.com/www.oup.com/orc/resources/chemistry/pchem9e/01student/graphs/livinggr aphs/p701e02.html 7
Sistema Internazionale 8
1atm 9
Misura di p Introduzione a proprietà dei gas (densità, pressione e T) http://www.chem.uiuc.edu/webfun Chem/GenChemTutorials.htm
Unità della pressione Pound=libbra= 454 g Inch=Pollice= 2,5 cm 1 bar= 14,5 psi=100 kpa Unità di misura della pressione http://www.convert-me.com/en/convert/pressure/
Ruolo delle unità di misura, R
Temperatura (K e C) 13
T ambiente e la costante R 14
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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Approfondimenti e curiosità: Il modello dei gas ideali I gas visti da un punto di vista microscopico
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
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
La testarda tendenza a sbattere dell ubriaco: significato microscopico della pressione Numero degli urti (n, V) Distanza di cammino libero medio
Alcuni siti sui gas Databases Proprietà termoficsche di fluidi. NIST Chemistry webbook http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/ Tutorials Deviazione per volume escluso http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch4/deviation5.html Deviazioni passo passo http://www.towson.edu/~ladon/gases.html Shows how to use equations to calculate unknowns. Software Convertitore di unità di misura, p http://www.convert-me.com/en/convert/pressure
Quando si viaggia ad occhi aperti si vede il diverso I GAS REALI
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
EVIDENZA sul fattore di compressione Z=pV m /RT Z=1 gas perfetto Z>1 prevalgono le forze repulsive Z<1 prevalgono forze attrattive
Equazione empirica del viriale 26
Determinazione di B 2 27
INTERPRETAZIONE GENERALE Accensione delle interazioni a p alta
Segni e valori di B Hanno segni variabili in ragione dell effetto netto se attrattivo o repulsivo
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
II evidenza di non idealità LIQUEFAZIONE
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.
Costanti critiche della CO2
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)
Gas di van der Waals 36
a e b 37
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Legge dei gas reali http://fdslive.oup.com/www.oup.com/orc/resources/c hemistry/pchem9e/01student/graphs/livinggraphs/p7 01E03.html
Legge degli stati corrispondenti 41
Isoterma vdw a diversi parametri critici: La T critica corrisponde alla curva 1
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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APPROFONDIMENTI Potenziali di interazione
Parametri di interazioni intermolecolari 46
Unità di misura elettriche 47
Un caso importante: Interazioni tra sfere rigide 48
Databases CRC Handbook of Chemistry and Physics http://www.hbcpnetbase.com/ Data on Fluid properties (section 6). Data may be accessed after purchasing a personal or institutional subscription. Thermophysical Properties of Fluid Systems http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/ Data on the thermophysical properties of fluid systems. This is a section of the NIST Chemistry webbook Tutorials Gas Laws Tutorial http://www.chemistry.ohio-state.edu/betha/nealgaslaw/index.html Simple tutorial on gas laws. Deviation from Ideal http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch4/deviation5.html Explains the deviations of gases from ideal behaviour. Ideal and Real Gas Laws http://www.towson.edu/~ladon/gases.html Shows how to use equations to calculate unknowns. Software Pressure Conversion Online http://www.convert-me.com/en/convert/pressure Converter for different units of pressure.