Metodi di separazione e stati di aggregazione

Gli stati di aggregazione e I metodi di separazione

Prima di iniziare con gli stati di aggregazione, è importante iniziare a capire come sono disposti gli atomi.
Tra una atomo e l’altro troviamo sempre uno spazio vuoto in cui si possono verificare attrazioni o repulsioni.
Lo stesso atomo ha una massa e un volume ben preciso e sono in moto perpetuo.
Nello stato solido gli atomi tendono ad essere vicini e disposti in modo ordinato mentre vibrano e oscillano in posizioni fisse.
Nello stato liquido gli atomi tendono ad essere vicini ma sono disposti in modo disordinato,avendo quindi più liberà di movimento.
Nello stato gassoso gli atomi tendono ad essere distanti fra loro,ne consegue un ulteriore possibilità di movimento nello spazio.
Peculiarità degli atomi è che i loro volume è indipendente da fenomeni fisici, differente è il caso delle sostanze che ,per esempio, al variare della temperatura varia il loro stato di aggregazione (solido,liquido,gassoso).
Dunque, ogni atomo conferisce alla sostanza determinate caratteristiche chimiche,l’insieme degli atomi che compongono la sostanza definiscono le sue caratteristiche fisiche (es:temperatura di fusione,evaporazione ecc…).
Ecco i metodi per passare da uno stato di aggregazione all’altro.

Lo stato di aggregazione di una sostanza è influenzata dalla temperatura.
Come abbiamo visto prima, a seconda dello stato in cui si trova la sostanza,lo spazio e la possibilità di muoversi cambia: è proprio la temperatura a determinare ciò.
Con l’aumentare della temperatura, si ha un progressivo aumento dell’energia interna, crescendo,pertanto, sia l’agitazione degli atomi sia la distanza tra l’uno e l’altro poichè stando più distanti la forza attrattiva diminuisce,indebolendo i legami.
(basta pensare al ghiaccio che è difficile da spaccare e la sua forma liquida,l’acqua, che l solo contatto si distruggono tantissimi legami.)
Tra lo stato liquido e quello gassoso, troviamo uno stato intermedio, quello del vapore.
Ogni liquido è caratterizzato da una precisa temperatura che ne determina lo stato gassoso, la temperatura critica.
Al disotto di questa temperatura la sostanza presenterà lo stato vapore , altrimenti quello di gas.

NB: Una volta che una sostanza è passata alla forma di gas , è impossibile riportarla allo stato liquido anche se si esercitano pressioni elevatissime.
NB: Il cambiamento di stato di aggregazione è una trasformazione fisica ma non chimica poichè coinvolge solo i legami intramolcolari e non interatomici.
Si dicono trasformazioni chimiche quelle reazioni che mutano legami interatomici,per esempio la combustione,digestione e reazioni chimiche.

Curva di riscaldamento di una sostanza pura

La parte del grafico in cui la sostanza pura (cioè costituita da una sola fase) in cui è rappresentata una linea retta, determina la sosta termica , ovvero il periodo di tempo che intercorre tra un passaggio di stato e l’altro: è evidente come sia richiesto più tempo l’evaporazione rispetto a quello impiegato per la fusione.
Possiamo quindi dire che la durata della sosta termica è determinata non solo dalla quantità di sostanza ma anche di due particolari punti: il punto di fusione e il punto di evaporazione (entrambe sono proprietà intensive).
Ma perchè la linea indica che durante la sosta termica aumenta il tempo e non la temperatura? perchè durante la sosta termica il calore (calore latente) è usato per cambiare lo stato di aggregazione e non per innalzare la temperatura,infatti calore latente significa calore nascosto.
NB: esiste il calore latente di fusione e quello di evaporazione, altre due proprietà intensive di una fase.

calore latente = quantità di energia necessaria per vaporizzare/fondere completamente 1g di sostanza pura.

I principali metodi di separazione

I metodi di separazione dei miscugli sfruttano le diverse proprietà delle sostanze che li compongono.
Uno dei metodi usati per separare la parte solida da quella liquida è il metodo della filtrazione,nel quale viene applicato un filtro per dividere la parte solida da quella liquida (l’efficacia di questo metodo dipende dalle dimensioni dei pori del filtro).
Si può sfruttare anche la densità delle varie sostanze usando metodi come la centrifugazione o la stratificazione.
Esistono altri metodi come la cromatografia, che consiste nell’usare un solvente (cosiddetta fase mobile) che trasporta le diverse sostanze di un miscuglio attraverso un materiale (fase fissa) a cui aderiscono in maniera differente,a seconda della loro natura.

Altro metodo è la distillazione,che riunisce in se due stati di aggregazione: evaporazione e condensazione. Il primo inizia nel recipiente in cui la miscela bolle,il secondo nel tubo che raffredderà il vapore,condensandolo:

NB: Se si vuole dividere un liquido dai sali disciolti si userà una distillazione semplice come questa, se invece si intende separare due liquidi che hanno temperature di ebollizione molto simili bisognerà eseguire una distillazione frazionata.