Chimica fisica parte 1

CHIMICA FISICA

Prof. Maria Francesca Ottaviani e-mail: maria.ottaviani@unimib.it   tel. 3487354856 prova: parziale per la prima parte. Esame: giovedì 7 aprile ore 14.

I° PROCESSO: SOLUBILITAZIONE

Immerse un farmaco in una soluzione salina. Questa soluzione è chiamata anche soluzione fisiologica ed è una soluzione in cui c'è una concentrazione di ioni di sale controllata. Il processo che cambia questo è la solubilizzazione. I protagonisti sono il solvente, che è acqua (perciò i farmaci che vengono iniettati per endovena vanno nel sangue che per la maggior parte è costituito da acqua). I farmaci inoltre sono tutti costituiti da una parte idrofobica e una idrofilica. Quindi quando parli di solubilità di un farmaco devo affrontare questo problema. La solubilità di un sale in acqua dipende dalla grandezza delle molecole di sale e anche dalla temperatura. Anche la pressione agisce facendo sciogliere più velocemente. La solubilizzazione dipende anche dalla quantità di solvente (più H₂O ho, più il sale si scioglie prima) e delle varie soluzioni (più ione ho, più impedisce lo scioglimento). Queste non sono tutte grandezze chimico fisiche. Inoltre la grandezza è la velocità, che corrisponde al tempo che ci vuole per percorrere un certo cammino. Un'altra logica fisica da considerare è le particelle si devono muovere e si devono incontrare, percorrendo un percorso in un certo tempo. Così devono urtare e questo urto deve avvenire con un continuo di energia. Quindi deve essere rivisto tutto in chiave energetica, perciò niente avviene se non c'è un vantaggio di tipo energetico. Quindi è nella scala di energia portata da uno stato iniziale a uno più un'azione (processo), c'è meno energia e vada ad avere uno E minore energia finale minore. Avremo quindi un ΔE_OL.

Se metto una sostanza in H₂O posso quantificare la solubilità dicendo che più energia esce e più la sostanza sarà solubile.

NaCl + xH₂O —> Na⁺_xH2O + Cl^-_yH2O   E_r + r = K

Quindi se metto NaCl in acqua si formeranno gli ioni Na⁺ e Cl^- che si idratano e anche per ottenere questi ioni separati ho bisogno di energia, perché questa è la forza motrice di tutti i processi. Nel solido cristallino gli ioni Na⁺ e Cl^- sono legati tra loro con un legame ionico e ogni ione è circondato di un altro con carica opposta. Questa struttura è chiamata reticolo cristallino. Questo reticolo contiene un’energia iniziale che deve tener conto di questo reticolo. Per cui se prendo la scala dell'energia, allo stadio iniziale avverranno NaCl. Per ottenere Na⁺ e Cl^- devo distruggere il reticolo. La distruzione è un processo endotermico, ovvero occorre dare energia al sistema, energia invece bilanciata del sistema quando si forma qualcosa.

DISTRUZIONE — ENDOTERMICO (dare energia al sistema) FORMAZIONE — ESOTERMICO (il sistema cede energia)

Quindi per distruggere il reticolo devo aumentare l’energia. Questo aumento è chiamato ΔE retic.

Colore — Quindi ottengo le coppie Na⁺ e Cl^- legate con un legame ionico.

Per cui se Na⁺ e Cl^- si legano all’acqua si deve nuovamente distruggere. Quindi bisogna nuovamente salire con l’energia e devo rompere il legame ionico. Questa energia è detta energia di legame ionico. A questo punto avviene Na⁺ e Cl^- pronti a formare il legame H₂O. Quindi ci possono essere molecole d’acqua legate ad altre 4 molecole di H₂O con un legame ad idrogeno. Quindi se vogliono che l’acqua si leghi agli ioni bisogna distruggere il legame a ponte di idrogeno e bisogna anche salire con l’energia, ottenendo un altro ΔE detto ΔE a ponte di idrogeno.

Quando si offre l’acqua come idratatore devo aggiungere un fattore fisico, ovvero meccanico, come ad esempio mescolare, altrimenti l’acqua non raggiunge il centro del cristallo. Inoltre dipende anche dal tipo di cloruro che io prendo e se un sale grosso e pesante, come quello contenente lo ione Pb, questo va a fondersi. Bisogna dare molta energia di mescolazione, per farli sciogliere. Molto poco questa energia non basta perché non sarà molto d’effetto.

la stessa variazione di temperatura. Quindi:

ΔH = Contenuto termico nel contenitore a P costante

dH = C⋅dt

Poniamo con misurare l'energia. La capacità termica può diventare calore specifico, il quale è correlato alla quantità di sostanza

dH = c⋅dt dove c = calore specifico.

LAVORO: un processo è una qualsiasi cosa che avviene e tutti i processi compreso il fatto che viene compiuto un lavoro. Se lavoro si misura con: L = F⋅S cioè forza per spostamento, dove per spostamento si intenda anche uno spostamento di particelle. Nel processo di solidificazione, ad esmpio le particelle sono attratte e si forma la fase, quindi abbiamo uno spostamento di particelle.

L = Δ(PV) ma P = _F/_A e A = ^F/^ℓ² V = ℓ³ Quindi:

Δ(PV) = ^F/^ℓ² ℓ³ = F⋅L

Quindi tutti i lavori sono dati da forza per spostamento. Il calore serve per muovere le particelle e quindi mi dà una forza. Quindi calore e lavoro in realtà sono la stessa cosa. Poniamo dire che il calore è una forma di lavoro. Se do calore alle particelle, una parte di questo si trasferisce in lavoro che fa muovere le particelle, ma un'altra parte verrà persa di energie per i loro processi interni. Quindi: Δq = ΔL + ΔE_int. Questo ΔE_int. corrisponde all'energia immagazzata dalla molecola per i loro processi interni.

Queste energie interne possono essere:

ΔE_int = ΔE_{traslazionale} + ΔE_rotote + ΔE_vibrosc + ΔE_elett.

Le particelle potranno infatti traslare lungo gli assi X, Y e Z, potranno ruotare intorno agli orari, potranno vibrare, cioè potranno allontanare e avvicinare due atomi facendo vibrare i legame. Avranno anche un ΔE dovuto al moto degli elettroni.

Il ΔE_{traslazionale} ha due contributi fondamentali:

• MOMENTO ANGOLARE ROTAZIONALE: L = m⋅r⋅U
• MOMENTO DI INERZIA: I = m⋅r²

ΔE_rot. si calcola in base a questi due contributi

elementi non sono allo stato naturale e questo valore dipende dalle possibili combinazioni. Non può arrivare allo zero assoluto per -DSe_sotto === dH e questo e impossibile. L’unico quarto riferimento limite lo possiamo misurare solo vicino allo 0 assoluto.

Conoscendo entropia ed entalpia di una sostanza possiamo conoscere l'energia libera di Gibbs. A questo punto il discorso della stabilità è sempre un equilibrio tra entalpia e entropia. Queste due grandezze si devono come la stabilizzazione importa il suo contributo. Infatti affinché il sistema si stabilizzi l'energia deve diminuire e quindi devo avere che dG_sotto0. Per avere questo risultato si può deve essere dG_sotto0 e dS>0. Quindi questa energia di vibra intorno e che stabilizza il sistema diminuisce. Ma se dH_sotto0, ciò ho un pro cero estonimico, anche dS deve essere >0 o TdS >>0. Tutte le entropie di formazione sono