Chimica - Appunti completi

SOLIDI E LIQUIDI

In base all'intensità delle interazioni intermolecolari le sostanze molecolari si presentano allo stato:

• GASSOSO (interazioni deboli)

Caratteristiche: forze coesive assenti, fortemente separati, disposizione spaziale casuale, mobilità altissima. A Tamb si presentano allo stato gassoso H, N, O, F, Cl e i sei gas nobili.

• SOLIDO (interazioni forti)

Classificati in base alla loro struttura (cristallina/amorfa) e al legame (ionici, molecolari, metallici, covalenti).

Caratteristiche: forze coesive alte, forte impacchettamento, disposizione spaziale regolare, mobilità molto bassa. Gli atomi occupano posizioni fisse, il loro movimento è limitato a moti vibrazionali.

Solidi cristallini → atomi disposti in modo ordinato in un reticolo cristallino (ordine a lungo raggio). Fondono a T precise. Il reticolo è un insieme di punti geometrici (celle elementari) in cui ogni nodo (incrocio di piani) ha lo stesso intorno. α

β γLe direzioni e gli angoli del reticolo sono : a,b,c e (tra b e c), (tra a e c) e (tra a e b).Le strutture cristalline sono riunire in 7 celle elementari : Secondo Bravais ci sono 14 possibili distribuzionispaziali nelle 7 celle : i reticoli di Bravais =La struttura dei solidi costituiti da particelle della stessa dimensione può essere derivata dal modello diimpacchettamento degli atomi, considerandoli come sfere rigide a contatto.Le due strutture COMPATTE (volume occupato = 74%) sono e esagonale.CCF. esagonale CCC CFCNumero di coordinazione = numero di molecole o ioni legati all’atomo centrale.Fattore di impacchettamento = vol tot sfere / vol tot cuboLa struttura cristallina esercita una grandissima influenza sulle proprietà fisiche del metallo (es. deformazioneplastica ridotta per i reticoli esagonali rispetto a quelli cubici)Solidi amorfi → solidi con caratteristiche di disorganizzazione tipiche di un liquido. Fondono in un intervallo ditemperature.

Si fratturano in frammenti di varie dimensioni. Lo stato amorfo corrisponde ad una condizione termodinamica di liquido sottoraffreddato (il che riduce la mobilità delle molecole prima che possano stabilizzarsi termodinamicamente in modo ordinato). La temperatura a cui avviene la transizione (di secondo ordine) è denominata temperatura di transizione vetrosa o Tg. I solidi amorfi possono esistere in due fasi distinte, quella gommosa e quella vetrosa. Solidi ionici → duri ma sfaldabili, punti di fusione elevati, cattiva conducibilità elettrica, ma buona allo stato fuso. Solidi metallici → elevata conducibilità elettrica e termica, effetto fotoelettrico (capacità di emettere elettroni in seguito all'interazione con radiazioni elettromagnetiche), malleabilità e duttilità (idursi in lamine e in fili). Difetti cristallini → zone in cui viene a mancare l'ordine reticolare. Difetti di Schotty: assenza di atomi o ioni dovedovrebbero esserci Difetti di Frenkel: presenza di atomi o ioni dove non dovrebbero esserci
Leghe → materiali nei quali le aggiunte di altri elementi a un metallo sono intenzionali e hanno lo scopo di modificarne, migliorandole, alcune particolari proprietà. es. bronzi (Cu-Sn), ottoni (Cu-Zn), acciai (Fe-C).
Secondo il numero degli elementi fondamentali che le costituiscono, le leghe si dividono in binarie, ternarie, ecc…
All'esame microscopico la maggior parte delle leghe presenta una struttura omogenea formando una soluzione solida; altre, invece, hanno struttura eterogenea.
Se gli atomi hanno dimensioni circa uguali → soluzioni solide sostituzionali disordinate
Se le forze di attrazione sono maggiori → soluzioni solide sostituzionali ordinate (superreticoli)
Se hanno elettronegatività diversa → composto intermetallico
Se le forze di attrazione sono minori → struttura cristallina eterogenea
Se gli atomi hanno dimensioni molto più grandi o molto più piccole → fasi separateè legato ad altri 3), fullerene (struttura sferica, ogni atomo è legato ad altri 3).Il polimorfismo, invece, si riferisce alla capacità di una sostanza di esistere in diverse forme cristalline, a causa di differenze nella disposizione degli atomi nella struttura cristallina. Ad esempio, il carbonio può presentare diverse forme di polimorfismo, come il diamante e la grafite.è legato ad altri 3. le lamine sono tra loro blandamente legate), fullerene (simile alla grafite ma lamine esagonali epentagonali, quindi si appallottolano), nanotubi (come il fullerene ma si arrotolano), ...) Gli allotropi differiscono sia per caratteristiche fisiche che per reattività chimica. LIQUIDO (interazioni medie) Stato condensato della materia, con disposizione disordinata delle particelle. Caratteristiche: forze coesive deboli, forte impacchettamento, disposizione spaziale irregolare, mobilità alta. A Tamb si presentano allo stato liquido Hg, Br .2 Le distanze tra le molecole risultano estremamente ridotte (poiché la loro Ek non è sufficiente a vincere le forze di attrazione intermolecolari). Le molecole sono in continuo movimento reciproco, scorrendo ma senza separarsi, per questo sono incomprimibili. In definitiva, essi presentano un volume proprio, ma si adattano alla forma del recipiente che li contiene. Avendo in comune la proprietàdi diffondere, liquidi e aeriformi vengono raggruppati sotto il nome di fluidi. La fluidità è a causa della limitata forza di coesione tra le molecole, esse sono scorrevoli, cioè fluidi. Un liquido è un fluido che, in assenza di forze esterne, ha una forma sferica. L'elasticità si deformano facilmente sotto l'azione di una forza e, cessata, riprendono la forma primitiva. Al riscaldamento il volume aumenta con la T, V=V (1+kT), k=coeff di dilatazione. La tensione superficiale è la tensione meccanica che si sviluppa lungo l'interfaccia tra un fluido e un altro materiale. È la forza che agisce su ogni unità di lunghezza presa sulla superficie, opponendosi all'aumento della superficie. È il lavoro necessario per aumentare la superficie di una quantità unitaria. Le forze di interazione intermolecolare tra le particelle del liquido le spingono a raggrupparsi in modo da esporre la minor superficie verso l'esterno, dove nonci sono forze attrattive. Es. una zanzara, o una moneta, che "galleggiano" sull'acqua, in realtà non pesano abbastanza da rompere questa tensione (interazione legame a H). Bagnabilità → un altro corpo esercita forze di adesione sulle molecole superficiali del liquido. Si stabilisce una tensione interfacciale = energia addizionale per unità di area dovuta alla formazione di un'interfaccia sol/liq o sol/gas. Il profilo del liquido formerà con la superficie un angolo θ: in base a se in P prevale il modulo risultante delle forze di coesione F o delle forze di adesione F, 0° è bagnabilità completa, 180° totale assenza di bagnabilità. Il menisco è una conca superficiale di un liquido. Concavo quando la forza di adesione del liquido è superiore a quella di coesione, convesso altrimenti. Nell'acqua le forze adesive (legami a H) tra le molecole H O e i gruppi O-Si-O sono più forti delle forze di coesione tra le molecole H O.

forze coesive (legami a H) nell'acqua. Nel mercurio le forze coesive (legame metallico) sono più forti delle forze adesive (forze di dispersione) tra il mercurio e il vetro.

Fase = porzione di materia caratterizzata in ogni punto dalle stesse proprietà fisiche e chimiche, cioè dallo stesso stato di aggregazione (gassoso, liquido, solido) e dalla stessa composizione chimica.

Transizione di fase: processi di equilibrio fisico in cui la sostanza cambia stato di aggregazione, non composizione chimica. Si ha punto di fusione, punto di congelamento/solidificazione, punto di sublimazione, punto di evaporazione, punto di condensazione.

Nell'equilibrio dinamico tra due fasi, tutto il calore viene speso per rompere legami/interazioni tra molecole. Passando da gas a solido l'energia potenziale aumenta e quella cinetica diminuisce, e viceversa.

I processi endotermici richiedono energia, gli esotermici avvengono con liberazione di energia.

Per una sostanza pura è identificabile

l'ENTALPIA legata a una transizione di fase: calore molare di evaporazione (calore di vaporizzazione), liquefazione, condensazione, ... La variazione di entalpia è fortemente dipendente da peso molecolare e intensità delle forze intermolecolari. Fusione Il punto di fusione è la T a cui il reticolo cristallino collassa e il solido si trasforma in liquido. Calore assorbito durante la fusione = entalpia di fusione = ΔH fusione Calore ceduto durante il congelamento = entalpia di cristallizzazione = -Δh fusione Sublimazione Processo endotermico. L'energia richiesta è l'entalpia di sublimazione = Δh sublimazione Evaporazione La frazione di molecole con energia sufficiente per fuggire dal liquido è maggiore a T più alta, quindi a una pressione di vapore maggiore (le molecole con forze intermolecolari più deboli evaporano più velocemente, quindi hanno pressione di vapore più elevata). La velocità

di evaporazione è costante (dipende da T e forze intermolecolari). Pressione (tensione) di vapore, o volatilità, è una misura della tendenza delle molecole a sfuggire alla fase liquida. Aumenta con la T (più molecole hanno energia sufficiente per sfuggire alla superficie del liquido).

Un liquido in un recipiente chiuso vuoto evapora, aumenta la pressione, aumentano gli urti, che fanno perdere energia cinetica alle molecole che ricadono in liquido. = condensazione. La velocità di condensazione aumenta all'aumentare della concentrazione del vapore.

Finché la velocità di evaporazione rimane più elevata di quella di condensazione, la concentrazione del vapore aumenta e, con essa, la pressione misurata. Poi quando si eguagliano, il vapore non è in grado di arricchirsi ulteriormente e la P cessa di aumentare.

All'equilibrio v = vCOND EVAP. Perciò questo vapore è detto vapore saturo e la pressione esercitata è

La tensione di vapor saturo (direttamente proporzionale alla T). P=co