Appunti di Chimica Inorganica

STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA

Sono solido, liquido e gassoso. Nel caso del cloruro di sodio esistono legami ionici di tipo

elettrostatico. Se è vero e possibile immaginare che gli atomi possano strappare gli elettroni piu

esterni di altri atomi per la differenza di elettronegatività, nella materia ci sono i solidi i cristallini e

ogni carica di tipo negativo nei solidi cristallini è circondata da altre cariche in modo tale da avere

una compensazione. Nei solidi cristallini ci sarà un vero e proprio reticolo e i nodi di questi reticoli

sono rappresentati dai nostri ioni. Ma se le componenti del solido non sono ioni i nodi reticolari

saranno dati da molecole polari o apolari e bisogna immaginare che queste molecole siano tenute

insieme da legami o che comunque hanno una certa forza. Esistono legami di natura molto forte

(legami covalenti) e di natura piu debole come per esempio nella molecola di acqua ci sono i

cosiddetti legami idrogeno. O tra molecole che non sono polari abbiamo le forze di van der waal's.

Se consideriamo queste forze (van der waal's) nel complesso queste possono essere tali da bloccare

in una struttura solida la nostra materia anche se relativamente piu deboli rispetto ai solidi cristallini.

Nel caso dell'acqua ad una temperatura al di sotto di 0°C le forze di interazione tra le molecole

prevalgono rispetto alle forze cinetiche. Uno stato di aggregazione dipende da queste forze di

interazione. Maggiori saranno queste forze maggiore sarà la tendenza di formare un solido. Maggiore

sarà l'energia cinetica maggiore sarà la possibilità di avere uno stato gassoso. Lo stato liquido è

particolare perche le forze di interazione sono piu o meno paragonabili a quelle cinetiche; il

comportamento sarà simile a quello di un gas ma ci sarà molta interazione quindi il movimento delle

molecole non è affatto libero. Nello stato solido le molecole sono bloccate e prevalgono le forze di

interazione, nello stato gassoso sono completamente libere, nello stato liquido c'è un equilibrio. In un

solido molecolare come l'acqua le forze che tengono unite le molecole sono legami idrogeno, in un

solido covalente come per esempio il diamente o la grafite, gli atomi sono legati tra loro con legami

covalenti. Nei solidi metallici, per la natura particolare dei legami metallici, gli atomi intesi come

cationi vanno a costituire il cosiddetto reticolo cristallino e bisogna immaginare che ci sia una nuvola

di elettroni che si muova quasi liberamente intorno a questi atomi. È come se fossero immersi in un

mare di elettroni. Nello stato gassoso prevale l'energia cinetica.

Parametri che definiscono lo stato gassoso

– Pressione: è la forza esercitata su un'unità di superficie. L'unità di misura è il pascal (1N/m²).

In chimica come unità di misura si utilizza l'atmosfera e in alcuni casi i millimetri di

mercurio(mmHg).

– Atmosfera: 1atmosfera corrisponde a 760mmHg

– Volume: unità di volume dovrebbe essere il m³ ma si usa ancora in chimica il litro L che

corrisponde quasi al dm³

– Temperatura: è la capacità di un corpo a trasferire calore ad un altro. Il corpo che avrà la

temperatura piu alta sarà in grado di trasferirla al corpo che ha la temperatura piu bassa. La

scala utilizzata da noi è la Celsius (di tipo centigrado); i punti di riferimento di questa scala

sono il congelamento dell'acqua a 0° e l'ebollizione a 100°. La scala kelvin è piu scientifica e

si riferisce a quella precedente però lo 0 corrisponde a 273K mentre l'ebollizione si avrà a

373,16K. Lo zero assoluto nella scala kelvin corrisponde a -273,16K ed è il punto limite dove

non si puo piu scendere al di sotto. L'ultima è la scala Fahrenheit e non viene praticamente

utilizzata.

Per poter studiare i gas nella situazione migliore, gli scienziati ipotizzarono un cosiddetto gas ideale

costituito da particelle o molecole in continuo movimento (moto browniano) che avvicinandosi non

interagivano e se si scontravano con una superficie avevano degli urti completamente elastici, quindi

la quantità del moto veniva mantenuta. Questo nella realtà non accade, fu ipotizzato solo per

semplificare il discorso. Un altro punto è che un atomo occupa un determinato volume ma sempre

per semplificare gli scienziati ipotizzarono che non occupasse un volume, cioè le dimensioni delle

particelle sono infinitamente piccole e il volume occupato perciò è trascindibile rispetto al volume

del recipiente che lo contiene (covolume=0). Le prime leggi fatte per i gas tenevano perciò conto di

queste condizioni; gli scienziati modificando i valori di pressione volume e temperatura alla fine

arrivarono all'equazione di stato dei gas ideali : P*V=n*R*T dove:

- n è il numero di moli (cioe le particelle presenti)

- P è la pressione } pressione e volume sono inversamente proporzionali tra loro e direttamente

- V è il volume } proporzionali alla temperatura; se aumenta T si espande V e cambia cosi anche P

- T è la temperatura

- R è la costante universale dei gas

Maggiore sarà il numero di particelle maggiore sarà la pressione e il volume occupato.

Se abbiamo un gas che non è costituito solo da un tipo di atomo o molecola ma da piu elementi, la

pressione totale sarà data dalla somma delle pressioni parziali. L'aria per esempio è una miscela di

gas (ossigeno, anidride carbonica, azoto).

STATO LIQUIDO

Le forze di interazione sono equiparabili all'energia cinetica. Ci sono delle proprietà caratteristiche

dello stato liquido:

• Tensione superficiale: una gocciolina lasciata cadere nel vuoto, questa assumerà forma sferica;

immaginiamo la gocciolina che sia formata da una molecola d'acqua al centro, questa può

muoversi in tutte le direzioni e avendo tutte le possibilità di movimento si dice che la sua

componente vettoriale di moto è nulla. Il discorso cambia per le molecole che si trovano sulla

superficie della gocciolina: in questo caso le molecole sono attratte da quelle che stanno

all'interno della gocciolina, dall'altra parte essendo nel vuoto non c'è nessuna attrazione; la

componente vettoriale perciò che prevarrà sarà quella che la spinge verso l'interno e quindi la

blocca sulla superficie garantendo la forma sferica. Questo è lo stato a minore energia. Se si

cambia la forma della gocciolina e quindi la superficie, si sposta ad uno stato di maggiore

energia. Quindi la tensione superficiale è quella che tende a restare in una situazione di minore

energia.

• Quando mettiamo due sostanze molto diverse tra loro chimicamente, a contatto, per esempio

acqua e olio dopo un po si formano due fasi, perchè le une tendono ad avere maggiore

attrazione per le altre molecole che hanno la stessa natura, le altre tendono a restare nell'altra

fase. La tensione superficiale si puo misurare anche in questo caso e non solo nel vuoto, cioè

tra l'interfaccia di una sostanza e un'altra. Nel caso degli idrocarburi giocano ruolo importante

le forze di van der Waal's. Se ci sono legami forti, piu saranno forti piu la tensione superficiale

sarà alta. I saponi abbassano la tensione superficiale e quindi nel caso dell'acqua e dell'olio

permetterebbe la quasi dissoluzione di uno nell'altro. Stesso ruolo giocano i sali degli acidi

colici che vengono prodotti dal fegato.

• Pressione di vapore: immaginiamo di avere un cilindro all'interno vuoto. Ad un certo punto

mettiamo dell'acqua all'interno questa si distribuisce sul fondo del cilindro. Se prima avevamo

un vuoto al di sopra del liquido, dopo un po ci saranno molecole che derivano dal liquido

stesso cioe alcune molecole si sono staccate dalla fase liquida per portarsi alla fase di vapore.

Queste particelle come stato di gas iniziano a muoversi e alcune ovviamente potrebbero urtare

nuovamente la superficie del liquido e tornare alla fase liquida. Quando si avrà uno stato di

equilibrio si parla di pressione di vapore. La pressione di vapore caratteristica di un liquido è

quella che si registra quando questa raggiunge la condizione di equilibrio: la pressione dipende

dalla temperatura. Se aumenta la temperatura aumenta la pressione. Questa pressione è

indipendente dalla quantità di liquido presente; questo nel caso di un cilindro chiuso con

all'interno il vuoto. Immaginiamo ora di avere un cilindro dove si mette il liquido ma è in

comunicazione con l'esterno. Se si aumenta la temperatura si staccheranno le particelle dal

liquido con maggiore velocità e tendono ad allontanarsi dal liquido definitivamente infatti non

si avrà un equilibrio. Se si aumenta notevolmente la temperatura ad un certo punto se si

raggiunge il punto di ebollizione tutte le particelle si sposteranno da una fase ad un'altra fase

o stato di aggregazione.

• Il passaggio diretto da solido a vapore si dice sublimazione

• Il passaggio da solido a liquido fusione.

• Il passaggio da liquido a vapore ebollizione.

• Il passaggio da vapore a liquido condensazione.

• Il passaggio da liquido a solido solidificazione.

• Il passaggio da vapore a solido brinamento.

Se si va in alta montagna e quindi si abbassa la pressione, l'acqua in una pentola bollirà prima questo

perchè un maggior numero di particelle potrà spingersi verso l'esterno perchè c'è minore pressione

esercitata dall'esterno. La temperatura di ebollizione dipende cosi dalla pressione esterna. Gli

scienziati hanno raccolto tutti i punti di fusione e di ebollizione e li hanno messi in un grafico che

prende il nome di diagramma di stato. Unendo questi punti è possibile tracciare delle curve. Anche la

fusione dipende dalla pressione esterna ma in minima parte. Esiste un punto in cui coesistono tutti e

tre gli stati che prende il nome di punto triplo in cui la pressione è 4,5mmHg e la temperatura è di

0,01°C. Al di sotto vi è il passaggio da solido a vapore e quindi la sublimazione.

SOLUZIONI

Viene definita come soluzione la miscela omogena di 2 o piu elementi. Solvente invece viene definito

quell'elemento presente in maggiore quantità. Soluto presente in minore quantità. Esistono soluzioni

gassose (aria → miscela omogena); abbiamo le leghe quindi anche a livello solido. Ma quelle che ci

interessano di piu sono le soluzioni liquide. Per capire come si realizza una soluzione immaginiamo

di avere una piccola quantità di sale e introdurla in una soluzione acquosa. Il sale si caratterizza per

il fatto che i vari atomi sono di natura ionica e presentano legami ionici. Il solvente cioè l'acqua, si

caratterizza per il fatto che le molecole interagiscono tra loro at