Chimica generale - seconda parte

Concentrazioni di soluzioni

Concentrazione molare

Se il solvente non è specificato per convenzione è una soluzione acquosa. Quando esprimo la concentrazione molare conosco il volume della soluzione, disinteressandomi di quanto solvente ho dovuto usare per ottenere la soluzione stessa.

Volumi e masse

Volumi: non additivi (se mescolo 1L di acqua a 1L di alcol non ottengo 2L di soluzione ma di meno perché gli atomi stanno più vicini).

Masse: sono addittive (1kg di acqua + 1Kg di alcol = 2 Kg di soluzione).

Concentrazione normale e altre unità

• Numero di moli equivalenti di cariche della specie considerata disciolti.
• Concentrazione normale: in 1 L di soluzione.
• Concentrazione g/L: grammi del soluto considerato per litro di soluzione.
• Frazione molare in percentuale.
• Concentrazione molale: Numero di moli disciolti in 1 Kg di solvente.

Molarità e normalità si riferiscono a soluzioni liquide.

Esercizio

Soluzione: Sistema fisicamente omogeneo formato da 2 (o più) specie chimiche nella stessa fase senza interfacce chiare tra una porzione di soluzione e l’altra.

Proprietà dei gas

Gas ideale

Lo stato di aggregazione della materia è costituito da particelle (atomi o molecole) che non interagiscono fra loro e che interagiscono con le pareti del loro contenitore solo con urti elastici.

• Volume (V) = quanto spazio occupa
• Temperatura (T) = energia delle particelle
• Pressione (p) = quanto grande è la forza esercitata dal gas sulle pareti
• Numero di moli di gas (n)

Queste grandezze non sono indipendenti ma sono correlate fra loro nell’equazione di stato dei gas ideali.

Pressione, Volume, Numero di moli di particelle di gas N₂: Gli atomi sono 2 ma la particella di gas è 1 (molecola biatomica).

Temperatura assoluta espressa in kelvin T(K) = T(°C) + 273,15.

Costante dei gas

Costante dei gas perfetti 8,134.

Leggi sui gas

Legge di Dalton: la pressione di una miscela di gas è la somma delle pressioni dei singoli componenti (pressione parziale).

Legge di Avogadro: se ho due gas diversi con V₁ = V₂, T₁ = T₂, P₁ = P₂ essi contengono lo stesso numero di particelle.

Queste due leggi valgono solo per i gas ideali.

Gas reale

Gas ideale se T “alta” e P “bassa”.

Termodinamica

Definizione

Termodinamica: mi fa capire se un certo processo è spontaneo oppure no. Non dà informazioni sul tempo necessario affinché il processo in questione abbia luogo.

Sistema

Sistema: “luogo” in cui avviene il processo e si trova a sua volta in un ambiente (universo = sistema + ambiente).

• Aperto: scambia energia e materia con l’ambiente (es. motore a scoppio).
• Chiuso: scambia solo energia con l’ambiente (es. batteria ricaricabile).
• Adiabatico: non scambia né energia né materia con l’ambiente (piccolo universo termodinamico).

Concetti termodinamici

Temperatura: corrisponde al “grado di agitazione casuale” delle particelle di cui è costituito il sistema.

Flusso di calore: scambio di energia disordinata che passa dal sistema più caldo a quello più freddo.

Lavoro: associato al “moto coordinato” delle particelle di un sistema in una certa direzione.

Convenzione “egoistica” dei segni: lavoro e calore che entrano nel sistema sono +, viceversa quelli che escono sono -.

Variabili termodinamiche

Variabili termodinamiche: P, V, T, m, ...

• Intensive: non dipendono dalla massa del sistema (es. densità, volume molare).
• Estensive: dipendono dalla massa del sistema (es. massa, volume).

Primo principio della termodinamica

1° principio: principio di conservazione dell’energia.

Variazione di energia interna: tutte le energie presenti nel sistema.

Calore e lavoro

Corispondenza tra Q e L: li posso convertire l’uno nell’altro. Q e L NON sono variabili di stato perché dipendono solo dallo specifico percorso seguito durante il processo.

Grandezza fisica che non varia a seconda del percorso fatto.

Esempio di gas ideale

Esempio: considero un gas ideale in un pistone. Se V è costante il sistema non scambia L meccanico con l’ambiente. Se P è costante il volume varia. Dunque anche se parto e arrivo nello stesso punto il percorso seguito influisce sul lavoro totale compiuto.

Calore scambiato e capacità termica

Supponiamo di avere un sistema chiuso a V=cost. Calore scambiato a volume costante. È funzione di stato.

Capacità termica: quanto Q devo dare a un sistema a V cost per aumentare la sua T di 1°C.

Calore specifico: normalizzando la capacità termica su massa o su # moli.

Attenzione per fasi condensate

Attenzione: per fasi condensate (liquidi o solidi). Se scaldo un gas questo si espande e compie L verso l’esterno.

Variabili termodinamiche ausiliarie

Variabili termodinamiche “ausiliarie” (es. entalpia (H)) servono per trattare solo funzioni termodinamiche di stato ed ignorare il percorso del processo (descrive bene processi complessi perché tiene conto solo del punto di partenza e di arrivo).

I componenti dell’entalpia sono variabili di stato, dunque di per sé è variabile di stato.

Variazione di entalpia a P cost: calore scambiato dal processo a P cost (tipicamente 1 atm).