Stato gassoso e liquido

LEGGE DI CHARLES (ISOCORA)

A parità di pressione (P) e numero di moli (n) del gas, il volume (V) di una massa di

qualsiasi gas aumenta di 1/273,15 del suo valore iniziale (V0) per ogni incremento di

un grado temperatura (t).

V=Vo + Vo t/273.15

Ovvero V=Vo (1 + alfat)

Il coefficiente alfa è il coefficiente di dilatazione termica del gas

Nota. La variabile t minuscola indica la temperatura centigrada sulla scala Celius

mentre la variabile T maiuscola indica la temperatura assoluta sulla scala Kelvin.

Possiamo anche scrivere, con un semplice passaggio algebrico, che il rapporto tra

volume e temperatura è costante al variare della temperatura : V/T=Vo/To

a pressione sufficientemente bassa per qualsiasi

gas le rette si intersecano tutte in un unico punto

sull’asse delle ascisse

La retta ha origine da -273,15°C (Celsius) ossia da

0 K (Kelvin), considerata la temperatura più bassa

possibile ( zero assoluto ).

Il coefficiente angolare della retta è pari al rapporto

costante tra volume e temperatura del gas.

Nota. Lo zero assoluto (-273.15°C) è la temperatura

più bassa possibile. A questa temperatura si interrompono le vibrazioni degli atomi e i

movimenti termici. Non c'è temperatura inferiore. Secondo il modello grafico allo zero

assoluto il gas è privo di volume. Il che può sembrare paradossale ma non lo è. Questo

accade perché la legge si basa su modello teorico dei gas ideali che, per definizione,

sono teoricamente puntiformi. Non essendoci più vibrazioni, i punti sono privi di

volume.

Il volume aumenta con la temperatura poiché l’incremento della temperatura fornisce

energia alle particelle dei gas. Questo aumento di energia aumenta il range della

distanza di legame tra atomi

LEGGE DI CHARLES (ISOBORA)

PRINCIPIO DI AVOGADRO: IL VOLUME MOLARE

Volumi uguali di gas diversi, misurati nelle stesse condizioni di pressione e

temperatura, contengono lo stesso numero di molecole.

Sperimentalmente è stato determinato che 1 mole di gas in condizioni normali (0 C e 1

atm) occupa un volume di 22,414 litri, detto anche volume molare Vm. In tale volume

sono contenute un numero di Avogadro (N=6.022 x 10^23) di molecole di gas

EQUAZIONE DI STATO DEI GAS IDEALI

La legge dei gas ideali deriva dalle varie leggi, precisamente da quella di Boyle, da

quella di Charles e dall’ipotesi di Avogadro

PV=nRT

R= 0,0821 (litri * atm)/ k * mol

R= 8,314 (m3 * Pa)/ k * mol

CAPITOLO 8: STATO LIQUIDO

Lo stato liquido è uno stato di aggregazione della materia. Allo stato liquido la materia

ha un volume ma non una forma propria. Assumono la forma del recipiente che li

contiene.

I liquidi hanno caratteristiche intermedie tra i gas e i solidi

Hanno un livello di entropia (disordine) superiore ai solidi e inferiore ai gas. Anche le

forze intermolecolari sono intermedie tra quelle di un solido e quelle di una sostanza

aeriforme. Nei liquidi il volume libero, non occupato dalle particelle, è circa il 3%. E' più

basso dei gas e più alto dei solidi. Le particelle di un liquido si muovono

liberamente in modo disordinato come

quelle di un gas ma con una minore

energia cinetica. L'energia cinetica dei

liquidi non è sufficiente a vincere la

forza attrattiva tra le molecole.

Pertanto, in un liquido si formano solo

legami temporanei intermolecolari (es.

forze di van der Waals, interazioni

polari, legami a idrogeno).

Ne consegue che la densità di liquido è superiore rispetto a un gas a parità di

condizioni ambientali, perché in uno stessa unità di spazio sono presenti un maggior

numero di particelle. A causa della maggiore densità, le particelle di un liquido sono

più soggette agli urti con le altre particelle rispetto ai gas. Gli urti rallentano il moto

delle particelle del liquido (energia cinetica) e aumentano la formazione di legami

intermolecolari. I legami intermolecolari si formano e si rompono

continuamente in breve istanti di tempo.

Per questa ragione i liquidi tendono a mescolarsi.

LE MOLECOLE POSSONO EVAPORARE DALLA

SUPERFICIE DDI UN LIQUIDO A QUALSIASI T

TENSIONE DI VAPORE

Pressione esercitata dal vapore, in equilibrio con il liquido, ad una data temperatura.

L’equilibrio rappresenta quello stato in cui la velocità delle particelle che condensano è

uguale a quella delle particelle che evaporano, quindi quando si uguagliano e non

quando non succede niente. DELTAG=0

Inizialmente la velocità di evaporazione rimane costante, mentre la velocità i

condensazione aumenta col crescere del numero di molecole nella fase di vapore

finché le due velocità non si eguagliano.

La tensione di vapore risulta essere:

- Direttamente proporzionale alla temperatura

- Inversamente proporzionale alla forza di legami intermolecolari

- Inversamente proporzionale al numero di legami intermolecolari

all’aumentare della temperatura aumenta la frazione

totale di molecole che hanno energia sufficiente per

abbandonare il liquido. A temperatura costante,

all’aumentare della forza di legame intermolecolare,

l’EC minima slitterà verso destra sempre di più,

comportando quindi una riduzione sempre maggiore

della frazione totale delle molecole aventi energia

sufficiente per abbandonare il liquido.

Esiste la tensione di vapore del solido e del liquido.

La tensione di vapore del solido rappresenta la pressione del gas in equilibrio con la

fase solida

PUNTO DI EBOLLIZIONE

Temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido raggiunge il valore della

pressione della fase gassosa che sovrasta il liquido e che in genere corrisponde a

quella atmosferica. Praticamente si ha che quando scaldiamo un liquido si osserva la

formazione di bollicine di vapore. Quando la pressione all’interno delle bolle (tensione

di vapore) supera la pressione sul liquido (atmosferica), le bolle si portano in superficie

liberando il vapore interno.

Avremo quindi che tanto più bassa è la tensione di vapore di un liquido, tanto più sarà

alta la temperatura di ebollizione.

PASSAGGIO DI STATO Un passaggio di stato implica uno scambio

di energia con l’esterno

i passaggi di stato non sono dei legami,

bensì delle interazioni:

- Nei passaggi verso destra occorre

fornire energia al sistema

- Nei passaggi verso sinistra occorre cedere energia all’esterno

CURVA DI RISCALDAMENTO La curva di riscaldamento si ottiene

riscaldando nel tempo una sostanza solida, a

pressione costante, a partire da una

temperatura iniziale.

Il flusso di calore causa in alcuni tratti

l'aumento di temperatura della sostanza,

mentre in altri no.

Durante la fusione e l'ebollizione il calore non

aumenta la temperatura.

- Tratto AB: Nel tratto iniziale AB il calore aumenta l'energia cinetica media delle

particelle del solido. Essendo allo stato solido, le particelle mantengono una

posizione fissa nella sostanza. L'energia cinetica aumenta le vibrazioni delle

particelle che mantengono la stessa posizione nel solido.

L'aumento delle vibrazioni fa crescere la temperatura del corpo.

Nota. La pendenza del tratto AB dipende dal calore specifico della sostanza che,

a sua volta, dipende dallo stato di aggregazione della materia. In questo caso la

materia è allo stato solido.

Quando la sostanza raggiunge la sua temperatura di fusione Tf il calore cessa di

aumentare la temperatura del sistema.

- Tratto BC: Nel tratto BC si verifica il processo di fusione, ossia il passaggio della

sostanza dallo stato solido allo stato liquido.

La lunghezza del tratto BC dipende dalla quantità della sostanza.