Lo stato liquido è uno stato di

aggregazione con caratteristiche

intermedie tra quelle dello stato

gassoso (altamente disordinato) e

quelle dello stato solido

(altamente ordinato).

Lo stato liquido- I liquidi hanno un volume proprio ma non hanno forma propria

- presentano ordine a “corto raggio” e disordine a “lungo raggio”- hanno, di solito, densità minore (di poco) rispetto ai solidi

- sono poco comprimibili

- si espandono (di poco) per innalzamento della temperatura

- diffondono (lentamente) l’uno nell’altro

- sono isotropi: presentano proprietà fisiche uguali in tutte le direzioni

- presentano una viscosità (resistenza al flusso) che dipende dalla massa molare e dalla forma delle molecole costituenti

- tendono ad assumere la minore area superficiale possibile

- bagnano la superficie con cui sono messi a contatto, quando le forze di coesione intermolecolari sono minori di quelle di adesione (interazione con la superficie); non bagnano le superfici, quando le forze di coesione sono maggiori di quelle di adesione.

Tensione superficiale

Tensione superficiale: energia che bisogna spendere per aumentare la superficie di un liquido di una quantità unitaria (J/m2). Diminuisce all’aumentare di T.

Alcuni insetti sfruttano la tensione superficiale per camminare sull’acqua

La moneta non affonda

La goccia diventa sferica

CAPILLARITA’

La capillarità è l'insieme di fenomeni dovuti alle interazioni fra le molecole di un liquido e un solido sulla loro superficie di separazione.Si manifesta sulla superficie del liquido in contatto col solido che può presentarsi sollevata (nel caso dell'acqua) o infossata (nel caso del mercurio) rispetto al resto della superficie. Le forze che si manifestano sono la coesione, l'adesione e la tensione superficiale.Il nome deriva dal fatto che il fenomeno è particolarmente evidente nei tubi sottili di sezione paragonabile a quella di un capello.

CAPILLARITA’La capillarità è un fenomeno che permette all'acqua di salire in tubicini molto sottili. Questo fenomeno è spiegato dall'esistenza di forze di attrazione tra le molecole dell'acqua e le pareti del tubicino. In un tubo capillare, il numero di molecole dell'acqua a contatto con il vetro è molto piu' grande, quindi prevalgono le forze di adesione sulle forze di coesione.

l'elevata intensità delle forze di coesione del liquido costringe il livello nel capillare sotto il pelo libero dell'acqua

L'uomo ha sfruttato il fenomeno della capillarita' nella carta assorbente, nello stoppino dei lumi a petrolio e dei fornellini ad alcool. La conoscenza del fenomeno ha portato l'uomo a risolvere alcuni problemi ad esso legati: le vecchie costruzioni con le pareti di mattoni  che poggiano direttamente sul terreno, possono essere molto umide a causa dei numerosi pori capillari esistenti nei mattoni. Basta allora tagliare i muri tutto intorno alla costruzione e inserire un foglio isolante di catrame che impedirà la salita dell'acqua.

La capacità delle carte assorbenti di raccogliere acqua è la manifestazione del fenomeno della capillarità. L'animazione mostra come un foglio di carta assorbente, del tipo di quelle confezionate in rotoli da cucina, riesca ad asciugare un piano bagnato.

Il fenomeno della capillarità si può sfruttare per colorare i fiori: immergendo lo stelo di un fiore in una soluzione di colorante, questo risale per capillarità lungo il gambo fino a raggiungere i petali, colorandoli.

All'interno del tronco delle piante ci sono degli stretti canali, xilema (con un diametro che può variare tra 0.05 e 0.50 mm), formati da cellule vuote perché morte, impilate in modo da formare una lunga colonna: l'acqua sale al loro interno, risalendo - quindi in senso contrario alla forza di gravità - fino ad un'altezza massima di circa 30 cm (per uno xilema di 0.05 mm).

Evaporazione e tensione di vapore

In un liquido non tutte le molecole hanno la stessa energia cinetica

molecole in grado di evaporare (dalla superficie)

evaporazionecondensazione

Entalpia molare di evaporazione (Hvap)

Energia che occorre fornire a una mole di liquido perché evapori alla temperatura di ebollizione normale (kJ/mol o Kcal/mol)

Hcond = -Hvap

Condensazione: conversione di un vapore in un liquido

Processo endotermico (H > 0)

Processo esotermico (H < 0)

Entalpie molari di vaporizzazione all temp. di ebollizione normale

Tensione di Vapore verso Temperatura

Tensione di vapore ↓

pressione del vapore in equilibrio col suo liquido

l'animazione mostra l'aumento della pressione della fase gassosa con la temperatura al di sotto della temperatura critica.

La tensione di vapore dipende dalla natura del liquido e dalla T:

RTHvapeKP /

Quando un liquido evapora in presenza di altri gas, la pressione della fase gassosa risultante è la somma delle pressioni parziali dei diversi gas (es. acqua che evapora all’aria: Pgas= Pgas aria + PH2O).

Ebollizione e tensione di vaporeEbollizione di un liquido

Se si aumenta il riscaldamento di un liquido in ebollizione, aumenta la velocità con cui il liquido bolle ma non la T di ebollizioneLa T di ebollizione aumenta e diminuisce rispettivamente con l’aumentare e con il diminuire della pressione esterna

Distillazione a pressione ridotta: molti prodotti alimentari vengono concentrati facendo evaporare l’acqua a bassa pressione (P= 9,2 torr, Teb = 10°C), per evitare la degradazione termica di tali prodotti.

La pressione esercitata dalla fase gassosa (vapore) in equilibrio con il solido si chiama tensione di vapore del solido e dipende dalla T

RTsub

KeP

subH entalpia molare di sublimazione

vapfussub HHH

Diagrammi di statoCondizioni di T e P alle quali sono presenti le varie fasi di un sistema e le condizioni alle quali si hanno i passaggi di fase

Diagramma delle fasi dell’acqua

5Punto triplo 0.01°C e 4,56 torr (A). Punto critico 374°C 1,66x 105 torr (218 atm) (E)

EEDiagramma di stato dell’acqua

Liofilizzazione

Alimento congelato posto sotto vuoto a P<4,56 torr.Il ghiaccio sublima e l’alimento si disidrata a t< di quelle necessarie per l’evaporazione.L’alimento si mantiene inalterato (per sapore e proprietà organolettiche) e torna allo stato originario per addizione di acqua.

DIAGRAMMA DI STATO DELLA CO2

Punto triplo di CO2 5.1 atm e -58°C A 1atm l’anidride carbonica solida (ghiaccio secco) sublima senza fondere e negli estintori è tenuta allo stato liquido a P> 5.1 atm

Estintori a CO2

Al momento dell'apertura della bombola, il liquido trovandosi all'aperto, istantaneamente evapora in parte, provocando un brusco abbassamento di temperatura (-79 °C) tale da solidificare l'altra parte in una massa gelida e leggera detta "neve carbonica" o "ghiaccio secco".

Per questo abbassamento di temperatura, le parti metalliche dell'estintore divengono freddissime e pericolose: possono ustionare la pelle se vengono toccate, perciò si consiglia di fare sempre molta attenzione e di reggere l'estintore solo dalla maniglia e dal cono diffusore.La neve carbonica, adagiandosi sui corpi che bruciano, si trasforma rapidamente in gas sottraendo una certa quantità di calore; il gas, che è più pesante dell'aria, circonda i corpi infiammabili, provoca un abbassamento della concentrazione di ossigeno, e spegne il fuoco per soffocamento.

Negli estintori coinvolti tutti e tre gli stati di aggregazione

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Fluidi supercritici

Hanno proprietà intermedie fra un gas ed un liquido

Un fluido si dice essere in uno stato supercritico (e si dice fluido supercritico) quando si trova in condizioni di temperatura superiore alla temperatura critica e pressione superiore alla pressione critica. In queste condizioni le proprietà del fluido sono in parte analoghe a quelle di un liquido (ad esempio la densità) ed in parte simili e quelle di un gas (ad esempio la viscosità).

In termini generali i fluidi supercritici hanno proprietà intermedie a quelle di un gas e un liquido. In aggiunta, non esiste tensione superficiale in un fluido supercritico, data l'inesistenza di legami liquido/gas.

Una delle più importanti proprietà è quella della solubilità di un materiale nel fluido. In un fluido supercritico la solubilità tende ad incrementare con la densità del fluido (a temperatura costante). Dal momento che la densità aumenta con la pressione, la solubilità quindi tende ad aumentare con la pressione.

I fluidi supercritici hanno densità e potere solvatante analogo ai liquidi, ma hanno elevata diffusività dei soluti e bassa viscosità che induce un elevato trasferimento di massa e riduzione del tempo di estrazione. La densità dei fluidi supercritici e il loro potere solvente può essere modificato cambiando P e T applicate.CO2 è il fluido supercritico più usato ed ha il vantaggio di non essere tossica, non infiammabile, di essere chimicamente inerte, a basso costo, di essere eliminata dal campione per semplice decompressione e avere una temperatura critica bassa (31°) che permette l’uso con componenti termolabili.

I vantaggi dell'estrazione con fluidi supercritici (rispetto all'estrazione con liquidi) risiedono soprattutto nella rapidità dell'operazione, date le basse viscosità ed alta diffusività dei supercritici. Le estrazioni possono essere rese selettive controllando la densità del mezzo ed il materiale estratto è facilmente recuperato abbassando la pressione, permettendo al fluido supercritico di ritornare alla fase gassosa ed evaporare, lasciando poche tracce di solvente.

Questa è una tecnica utilizzata largamente nel decaffeinare i chicchi non tostati del caffè, nell'estrazione di luppolo per la produzione di birra e la produzione di olii essenziali e prodotti farmaceutici derivati da vegetali.