Stato liquido e gassoso

P,T

La legge di Avogadro si esprime in termini di VOLUME MOLARE (Vm):

Vm = v/n V = Vm x n

VOLUME MOLARE NORMALE: 22,414 l

EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI:

PV = nRT -1 -1

R = 8,31 Joule · K · mol

(1 cal = 4,18 Joule)

-1 -1

R = 1,98 cal · K · mol

DENSITA’ (d = m/V):

m = n x M n= PV/RT

• La densità di un gas è direttamente proporzionale alla sua massa molare (P e T

costanti).

• La densità di un gas è inversamente proporzionale alla temperatura (P costante).

• La densità di un gas è direttamente proporzionale alla pressione (T costante).

MISCELE GASSOSE:

▪ I gas si miscelano in modo omogeneo in qualsiasi rapporto;

▪ ogni gas presente in una miscela si comporta come se fosse l’unico gas presente.

L’equazione di stato dei gas perfetti è valida sia per gas puri, che per miscele di gas.

LEGGE DELLE PRESSIONI PARZIALI DI DALTON:

La pressione totale di una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali

di ciascun componente. PT = P1 + P2 + P3 + …. + Pn = ∑ Pi

Pressione parziale di un componente i:

Pressione che tale componente eserciterebbe se occupasse da solo tutto il volume a

disposizione della miscela.

LEGGE DEI VOLUMI PARZIALI DI AMAGAT:

Il volume totale occupato da una miscela di gas ideali, a temperatura e pressione

costanti, è uguale alla somma dei singoli volumi che ogni gas occuperebbe nelle

medesime condizioni di temperatura e pressione.

Volume parziale: volume che il componente i-esimo della miscela occuperebbe se

venissero mantenute invariate le condizioni di T e P.

STATO LIQUIDO:

• Le molecole o atomi che costituiscono il liquido interagiscono fra loro, sebbene non

fortemente come nel solido.

• Le particelle che costituiscono la fase liquida non sono fra loro in posizioni fisse ma

"scorrono" le une sulle altre, sebbene nei liquidi dai forti legami intermolecolari come

l'acqua si formano cluster di molecole (dette anche gabbie) relativamente stabili.

• Tipo di interazioni fra particelle allo stato liquido: • elettrostatiche

• legami idrogeno

• dipolo-dipolo

• dipolo indotto-dipolo

indotto PROPRIETA’DELLO STATO LIQUIDO:

- Privi di forma: assumono la forma del recipiente che li contiene (hanno forze

intermolecolari intermedie tra quelle dei solidi e quelle dei gas);

- densità intermedia tra quella dei solidi e quella dei gas;

- volume proprio: lo spazio tra le particelle è ridotto a causa delle forze

intermolecolari che impediscono loro di allontanarsi. Sono incomprimibili;

- plasticità: proprietà di modellarsi sulla forma dei recipienti.

Spiegata con il modello del volume libero: il liquido è formato da molecole, a stretto

contatto tra loro, tra le quali sono presenti degli spazi vuoti (occupano il 3% del

volume occupato da tutto il liquido).

- ordine a «corto raggio»: struttura regolare solo in regioni molto piccole (possono

traslare e scorrere una sull’altra);

- impacchettamento particellare a un certo istante perfetto e nell’istante successivo

imperfetto, con buchi mobili e deformabili.

- Diffusione spontanea: moto caotico delle particelle del liquido (come nei gas). Un

liquido tende a diffondere più lentamente di un gas, perchè il movimento delle sue

molecole è ostacolato dalla presenza delle molecole vicine.

Movimento spontaneo delle particelle di un fluido da una zona a maggior

concentrazione ad una zona a minor concentrazione. Consente di raggiungere una

condizione di equilibrio dinamico: le differenze di concentrazione si annullano e tutto lo

spazio occupabile dal fluido è occupato in modo omogeneo ed uniforme.

Moto browniano: moto disordinato di particelle sufficientemente piccole da essere

sottoposte a una forza di gravità trascurabile, presenti in fluidi, sospensioni fluide o

gassose ed osservabile al microscopio.

- fluidità: capacità delle particelle di scorrere l’una rispetto l’altra senza staccarsi così

da non possedere una forma propria;

- tensione superficiale: possiedono una superficie che presenta delle

caratteristiche molto diverse da quelle presenti all’interno della loro massa, poiché le

forze intermolecolari che agiscono sulle particelle in superficie non sono bilanciate;

- isotropia: le proprietà meccaniche e fisiche costanti in tutte le direzioni.

- elasticità: i liquidi sono molto elastici, cioè si deformano facilmente sotto l'azione di

una forza e riprendono immediatamente la forma primitiva appena cessa l'azione della

forza deformatrice.

PROPRIETÀ MACROSCOPICHE DEI LIQUIDI (dipendono dalle forze

intermolecolari)

1. INCOMPRIMIBILITÀ

Spazio intermolecolare ridotto, le molecole sono già a stretto contatto.

2. VISCOSITÀ

Resistenza di un liquido allo scorrimento. Maggiore è la viscosità di un liquido, più

lentamente esso fluisce (es. acqua, miele, olio)

Dipende da:

temperatura:

- la viscosità diminuisce all’aumentare della temperatura.

forma molecolare:

- esistono caratteristiche strutturali che inducono le molecole a

impaccarsi (es. molecole lunghe). La viscosità aumenta con il peso molecolare.

- forze attrattive tra le molecole

3. TENSIONE SUPERFICIALE

La superficie dell’acqua si comporta come se avesse una «pelle elastica» che avvolge

e comprime il liquido sottostante.

Le forze che agiscono sulle molecole alla superficie del liquido sono diverse

da quelle che agiscono sulle molecole all’interno del liquido: le molecole

interne al liquido sono attratte dalle altre da ogni lato; le molecole in superficie,

vengono attratte dalle molecole sottostanti e da quelle laterali, ma non verso

l'esterno;

La risultante delle forze che agiscono sulle molecole di superficie è una forza diretta

verso l'interno del liquido, riducendo l’area superiore e spingendo le molecole

superficiali ad impaccarsi il più possibile.

3. TENSIONE SUPERFICIALE (definizione termodinamica) 2

Energia richiesta per aumentare la superficie di un liquido di un’unità (J/m )

Per aumentare l’area della superficie le molecole devono muoversi verso la superficie

vincendo le forze di attrazione interne (processo endotermico).

- più forti sono le forze intermolecolari e maggiore è la tensione superficiale;

- maggiore è la T e minore è la tensione superficiale.

TENSIONE SUPERFICIALE E FORZE INTERPARTICELLARI

La tensione superficiale costringe le molecole ad assumere la forma più compatta

(sferica): la sfera ha una superficie minore di qualsiasi forma dello stesso

volume.

Le forze attrattive tra le molecole d’acqua (legami H) sono più forti di quelle tra

l’acqua e la cera (forze dipolo-dipolo indotto).

La tensione superficiale: energia necessaria per rompere la superficie del liquido o per

rompere una goccia di liquido e distenderla sottoforma di pellicola.

4. CAPILLARITÀ

Risalita di un liquido attraverso un tubo stretto (capillare).

Le molecole d’acqua sono attratte dai gruppi C-OH della cellulosa nella carta.

5. MENISCO

Dipende da: - forze intermolecolari all’interno del liquido (FORZE DI COESIONE); -

forze di attrazione tra le particelle del liquido e le pareti del capillare (FORZE DI

ADESIONE); TENSIONE DI VAPORE:

Pressione esercitata dal vapore, in equilibrio con la fase liquida, in un sistema chiuso,

ad una determinata temperatura. (velocità di evaporazione = velocità di

condensazione)

All’equilibrio (equilibrio dinamico), la velocità con cui le molecole si muovono dal

liquido al vapore è la stessa con cui esse si muovono dal vapore al liquido. Non si

osservano variazioni delle masse nelle due fasi.

• La tensione di vapore di un liquido puro dipende solo dalla temperatura e non da

altri fattori (quantità di liquido, volume del recipiente, ecc…):

• aumenta all’aumentare della temperatura, con andamento esponenziale.

VOLATILITA’

Proprietà chimico-fisica che rappresenta la tendenza di un solido o di un liquido

rispettivamente a sublimare o a vaporizzare.

Sono considerate volatili le sostanze che, in determinate condizioni di pressione e

temperatura, presentano elevata tensione di vapore (il sistema tende ad evolvere

spontaneamente verso lo stato aeriforme, raggiungendo il massimo livello di stabilità

relativo alle condizioni in oggetto).

I liquidi si distinguono in:

• volatili: dove i legami fra le molecole costituenti il liquido sono deboli (etere,

benzene, bromo);

• non volatili: dove i legami fra le molecole costituenti il liquido sono forti (mercurio).

EVAPORAZIONE

▪ Il fenomeno dell’evaporazione è dovuto alle molecole superficiali della sostanza

allo stato liquido.

▪ Quelle a maggiore energia cinetica riescono a rompere i legami con le molecole

negli strati sottostanti ed a passare allo stato gassoso.

▪ In un sistema chiuso, questo processo raggiunge una condizione di equilibrio quando

la velocità con cui le molecole evaporano eguaglia quelle con cui le molecole

condensano, ossia la velocità del processo inverso (le molecole allo stato gassoso a

bassa energia cinetica impattando sulla superficie del liquido restano legate allo strato

superficiale).

▪ Se il sistema è aperto, invece, si può osservare, a tempi lunghi, l’evaporazione di

tutta la massa liquida poiché le molecole evaporate si disperdono nell’ambiente e,

quindi, non si può instaurare l’equilibrio fra evaporazione e condensazione.

La velocità con cui avviene il processo di evaporazione dipende da diversi fattori:

1. la tensione di vapore (maggiore è il suo valore più volatile risulta il liquido);

2. il calore latente di vaporizzazione (energia necessaria a trasformare in vapore la

massa unitaria di un liquido);

3. l'area della superficie esposta del liquido;

4. la temperatura a cui avviene l'evaporazione.

EBOLLIZIONE