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GLI STATI DIAGGREGAZIONE DELLA

MATERIA

Lo stato liquido

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Lo stato liquidoLiquidi: energia dei moti termici confrontabile con quella delleforze coesive.Limitata libertà di movimento delle molecole, che determina unastruttura disordinata nel complesso, con un certo grado d’ordine acorto raggio.Molecole di un liquido in continuo movimento: origine dei motibrowniani.Isotropia (stesse proprietà fisiche in tutte le direzioni)

Ordine acorto raggio

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Proprietà dei liquidiPressione di vapore (Tensione di vapore)Tensione superficialeViscosità

La pressione di vapore

In un recipiente chiuso contenente un liquido, dopo un certo tempo,

v evaporazione = v condensazione

Quando si raggiungono le condizioni di equilibrio (a T costante), lapressione esercitata dalla molecole nella fase di vapore è chiamatapressione di vapore o tensione di vapore del liquido.

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La pressione di vapore

da P. Atkins e L. Jones, Chimica generale, Zanichelli

mercurio

H2O

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La pressione (o tensione) di vapore

Fissata la pressione, quando un liquido è scaldato ad una temperaturasufficientemente alta si iniziano a formare delle bolle di vapore. Se latensione di vapore all’interno delle bolle è inferiore alla pressioneapplicata le bolle collassano non appena formatesi, se invece la tensione divapore è maggiore di quella applicata le bolle risalgono in superficie e sirompono rilasciando il vapore nell’aria circostante. Questo processo èdetto di ebollizione.

La temperatura alla quale la pressione di vapore risulta uguale a quellaesterna è chiamata temperatura di ebollizione (in particolare essa èchiamata temperatura normale di ebollizione se la pressione esterna èuguale a 1 atm).

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La pressione di vapore: dipendenza da Tvevap ∝ n° molecole con Ec ≥ E*

E* = ΔHvap(o Lvap). Questo è il calore o energia di vaporizzazione,cioè il calore (o energia) che il liquido deve assorbire per passareallo stato gassoso

Dalla distribuzione di Maxwell Boltzman:

vevap =

vcond ∝ concentrazione ∝ pressione ⇒ vcond = c2P ⇒ vevap = vcond⇒

P =

RT

Hvap

ec

!"

1

RT

Hvap

Ae!

"

!

NAB,E " E

a

=NABe#E

a/RT

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Effetto della temperatura sullapressione di vapore

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La tensione superficialeTensione superficiale (γ) è definita come l’energia richiesta peraumentare l’area della superficie del liquido di una unità.Si misura pertanto in J/m2 oppure in N/m.Si parla di tensione interfacciale quando si fa riferimentoall’interfaccia tra due liquidi immiscibili o tra un solido e unliquido.

origine “molecolare”

L’energia delle molecolesulla superficie è maggioredi quella delle molecolenella massa (bulk).

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Manifestazioni della tensione interfacciale

Il menisco che si osserva in un tubo divetro dove è contenuta acqua (a sinistra)e mercurio (a destra).Per l’acqua le forze di adesione con ilvetro sono più forti delle forze dicoesione tra le particelle del liquido.Alta tensione

interfacciale

Bassa tensioneinterfacciale

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Effetto Lotus

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I tensioattivi

CH3

O-

ONa+

coda APOLARE testa POLARE

CH3

SO3– Na+

Rappresentazione di una micella:le teste polari, che si trovanoall’esterno, interagiscono con lemolecole polari di acqua.

L’attacco di molecole di sapone odi detergente a una goccia di olioo di sporco crea una specie che sipuò disperdere nell’acqua.

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La viscosità

v=0

x

v

Si può definire la viscosità di un liquido comesua la resistenza allo scorrimento. Sesupponiamo il fluido come diviso in tanti stratiparalleli che scorrono l’uno sull’altro, laviscosità misura l’attrito che gli strati di liquidoincontrano nel loro moto relativo.

La viscosità è influenzata da:forma e dimensioni delle molecoleforze intermolecolari che permettono ilfacile (bassa viscosità) o difficile (altaviscosità) scorrimento di uno strato di liquidosull’altro.

In genere la viscosità diminuisce all’aumentare di T

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Le soluzioniDefiniamo SOLUZIONE un miscela fisicamente omogenea di due o piùspecie chimiche.Le soluzioni possono essere sistemi solidi, liquidi e gassosi, macomunemente si parla di SOLUZIONI LIQUIDE.In una soluzione si indica come solvente il componente che ha lo stessostato di aggregazione della soluzione e come soluto l’altro (o gli altri)componenti.Nel caso di due o più componenti presenti nello stesso stato diaggregazione si indica come solvente quello presente in maggiorequantità.Le proprietà chimico-fisiche di una soluzione (reattività, colore, ecc)dipendono non solo dalla natura chimica delle sostanze che lacostituiscono, ma anche dalla loro quantità.E’ quindi necessario specificare sempre la composizione di unasoluzione, precisando le quantità relative dei componentiLa composizione di una soluzione è definita in modo quantitativomediante la concentrazione.

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!==

i

i

tot

i

i

m

m

m

mW 1Wi i

=!

Con si indica mi la massa in grammi del componente i-esimo. Lefrazioni ponderali assumono sempre valori compresi fra 0 e 1.Per passare alla % in peso bisogna moltiplicare per 100.

Soluzioni e modi di esprimere la composizione

♦ Frazione ponderale

Solventeliquido

nel quale viene omogeneamente disperso un

Solutosolidoliquidogassoso

Soluzione

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100(ml) soluzione volume

(ml) soluto volume %) (volume %V

i!=

Percentuale in volumeIndica il volume di soluto (in millilitri) contenuto in 100 ml di soluzione:

Parti per milione (ppm)Quando la quantità di soluto è molto piccola, essa viene spesso indicata inparti per milione:

4

i

6

i10 %w10

(g) soluzione massa

(g) soluto massa massa)(in ppm !=!=

4

i

6

i10 %V10

(ml) soluzione volume

(ml) soluto volume )(in volume pmp !=!=

♦

♦

Con ni numero il numero di moli del componente i-esimo. Lefrazioni molari assumono sempre valori compresi fra 0 e 1.

!==

i i

i

tot

i

i

n

n

n

nX 1Xi

i

=!

Frazione molare♦

16soluzione

i'

i

V

mC =

Concentrazione in grammi/litro

1000g

nm

solvente

i

i=

MolalitàEsprime il numero di moli di soluto contenute in 1 Kg di solvente.

soluzione

i

ii

V

nMC ==

Molarità (mol/l)Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1litro di soluzione.

♦

♦

♦

La concentrazione molare di una specie si può indicare riportandoil corrispondente simbolo chimico tra parentesi quadra: [X]

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Effetto della pressione sulla solubilità: quasi nullo per i liquidi e isolidi, può essere rilevante invece per i gas.

La solubilità (S)Solo per alcune coppie di liquidi (acqua-etanolo, benzene-toluene) si ha una reciproca solubilità illimitata.Scelto un determinato solvente, tenendo costante T, esiste unlimite alla quantità di una sostanza che si può sciogliereformando un’unica fase omogenea.

SOLUBILITA’ (S) = massima quantità di una sostanza chepuò essere aggiunta ad un solvente senza che si abbiaseparazione di fase (ad una data T).

Ad una data temperatura lasolubilità di un gas aumentaall’aumentare della pressione.