Chimica e materiali, gli equilibri fisici

Gli equilibri fisici

Equilibrio fisico

Definizione: equilibrio che si instaura fra diverse fasi di una sostanza (o miscela).

Equilibrio dinamico

Definizione: condizione nella quale la velocità del processo diretto eguaglia quella del processo inverso.

La pressione di vapore

Definizione: pressione che il vapore di un liquido esercita, in equilibrio dinamico, sul liquido stesso.

• La pressione di vapore non dipende dalla quantità di liquido; a una data temperatura il vapore esercita una pressione caratteristica.
• I liquidi che, a parità di temperatura, hanno pressione di vapore più elevata si definiscono volatili (avranno forze intermolecolari più basse).
• La pressione di vapore si instaura in equilibrio fisico dinamico (velocità di evaporazione = velocità condensazione).

La variazione della pressione di vapore con la temperatura

• È prevedibile che la pressione di vapore aumenti proporzionalmente alla temperatura (la maggior quantità di energia fa sì che le molecole abbiano più possibilità di riuscire a lasciare il liquido).

ln P₂ - ln P₁ = (ΔH°_vap / R) * (1/T₁ - 1/T₂)

Equazione di Clausius-Clapeyron: R è la costante dei gas ideali.

Ebollizione, congelamento e fusione

• L'ebollizione ha luogo quando la pressione di vapore del liquido uguaglia la pressione atmosferica (pressioni minori infatti abbassano la temperatura di ebollizione).
• La solidificazione avviene quando le molecole di un liquido hanno energia tanto piccola da non riuscire più a sgusciare tra le loro vicine (in generale pressioni più alte innalzano la temperatura di congelamento in quanto la pressione tende ad addensare le molecole. L'acqua è un'eccezione a questo in quanto il ghiaccio ha una densità minore dell'acqua).

I diagrammi di stato

Definizione: "mappa" che mostra quale delle fasi è la più stabile alle varie pressioni e temperature.

• Si dice diagramma di stato a un componente un diagramma che mostra l'andamento di una sola sostanza.
• Le curve limite (o confini di fase) sono linee che separano regioni ben distinte da una fase; sui confini di fase, le due fasi contigue coesistono in equilibrio dinamico.
• Si definisce punto triplo l'incontro fra tre confini di fase in cui coesistono in equilibrio dinamico tre fasi (punto triplo dell'acqua a 0.01 gradi centigradi e a 4.6 torr).

Regola delle fasi

• Usata per il calcolo dei gradi di libertà, ovvero le variabili intensive che possono mutare in maniera indipendente.