Chimica generale - Formulario

FLUIDO SUPERCRITICO

Sostanze che si trovano nelle loro condizioni critiche, quando l'acqua bolle significa che ha raggiunto il punto critico in cui la pressione di vapore ha raggiunto la pressione esterna. Nel grafico possiamo notare che l'acqua è l'unica sostanza che ha una pendenza negativa per l'equilibrio solido-liquido dovuta al fatto che il volume del ghiaccio aumenta per effetto del legame idrogeno. L'acqua a zero gradi inizia a congelarsi ma ci sono casi in cui quando il sistema è molto stabile l'acqua SOTTOCONGELAMENTO arriva liquida a zero gradi e, sempre liquida, continua a scendere di temperatura. Basta una piccola vibrazione che l'acqua di colpo solidifica e aumenta di poco la temperatura.

Ebollizione = evaporazione tumultuosa che si ha quando la tensione di vapore del liquido equipara le pressione atmosferica. La TENSIONE DI VAPORE è il vapore in equilibrio con il suo liquido che esercita una pressione costante a temperatura costante.

La tensione aumenta con l'aumentare della temperatura. Se a pressione costante si aumenta la temperatura, il liquido passa da liquido a vapore. Da notare che il liquido evapora a qualsiasi temperatura ma bolle a quella particolare temperatura in cui la tensione di vapore eguaglia la pressione ambiente P = x1P1 + x2P2 fra i sistemi reali. È utile esaminare il comportamento di soluzioni diluite ottenute da soluti solidi P = x1P1. L'aggiunta di un soluto a un solvente fa aumentare la Teb della soluzione (se il soluto è poco volatile) e fa sempre diminuire Tf dell'arisspetto ai valori del solvente puro. L'abbassamento relativo della tensione di vapore è uguale alla frazione molare del soluto (legge di Raoult). L'aggiunta di un soluto non volatile a un solvente ha l'effetto di spostare la curva P2-P/P2 = x1 = n1/n1+n2 di equilibrio verso temperature più basse (abbassamento crioscopico). Pertanto, l'abbassamento della tensione di vapore delle

La soluzione liquido-gas ha la temperatura di ebollizione più bassa. ΔT rispetto al solvente fa sì che la temperatura di ebollizione della soluzione sia più alta e quella di congelamento sia più bassa. Siccome l'innalzamento ebullioscopico e l'abbassamento crioscopico non dipendono dalla natura del soluto ma solo dal numero Keb/cr delle particelle per unità di volume, sostanze che si dissociano in soluzione avranno un effetto maggiore di sostanze che non si dissociano, a parità di concentrazione molare.

PRESSIONE OSMOTICA

Esistono membrane semipermeabili sia naturali che artificiali, queste fanno passare solo molecole piccole. Solo molecole di solvente, non di soluto. Ogni soluzione possiede una pressione osmotica che è direttamente proporzionale alla sua molarità. Si definisce pressione osmotica di una soluzione la pressione da applicare sulla superficie della soluzione stessa, quando questa è in contatto col solvente puro attraverso una membrana semipermeabile.

affinché non si abbia passaggio netto di molecole di solvente pura alla soluzione. La differente pressione osmotica delle due soluzioni ai lati della membrana fa muovere le molecole di solvente dalla soluzione meno concentrata (ipotonica) verso la soluzione più concentrata (ipertonica) fino a quando le due soluzioni diventano identiche (isotonica) π = cRT osmosi = pressione idrostatica P = hdg. La pressione osmotica di una soluzione è la pressione da esercitare sulla soluzione per arrestare il flusso osmotico quando una membrana semipermeabile ideale la separa dal solvente puro. osmosi inversa = P > π P < π un metodo per eliminare tutti i Sali dall'acqua, grazie all'uso delle proprietà colligative per determinare la massa molare. È il processo in cui si forza il passaggio delle molecole di solvente dalla soluzione più concentrata alla soluzione meno concentrata ottenuto applicando alla soluzione più concentrata una pressione.

maggiore della pressione osmotica. In pratica, l'osmosi inversa viene realizzata con una membrana che trattiene il soluto da una parte impedendone il passaggio e permette di ricavare il solvente puro dall'altra. Questo fenomeno non è spontaneo e richiede il compimento di un lavoro meccanico pari a quello necessario per annullare l'effetto della pressione osmotica. L'osmosi inversa è utilizzata nel trattamento dell'acqua, sia per la desalinizzazione, sia per la rimozione di tracce di fosfati, calcio e metalli pesanti, nonché pesticidi, materiali radioattivi e di quasi tutte le molecole inquinanti.

EQUILIBRIO

Una reazione può raggiungere infiniti stati di equilibrio differenti gli uni dagli altri a seconda delle condizioni sperimentali, ovvero a seconda della quantità dei reagenti, della pressione e della temperatura. Tuttavia tutti questi stati di equilibrio hanno in comune una proprietà fondamentale: le concentrazioni c della

specie nelle diverse miscele di equilibrio sono legate fra loro da una relazione che è per una data reazione, dipende solo dalla temperatura. Per un sistema chimico all'equilibrio, il K è uguale per tutti gli stati di equilibrio e che, rapporto fra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti di reazione e il prodotto delle concentrazioni di reagenti, ciascuna concentrazione essendo elevata a una potenza pari al coefficiente stechiometrico con cui la specie compare nella reazione, è costante a T cost. questo rapporto è la K. Il valore dipende solo dalla temperatura, inoltre non dipende in alcun modo ne dalle concentrazioni ne dalle pressioni ne dal volume del recipiente entro cui la reazione avviene. La costante di equilibrio di una reazione espressa mediante le concentrazioni all'equilibrio è quindi una proprietà caratteristica di ogni reazione e ha un significato univoco solo quando è associata all'equazione usata per rappresentare

la reazione. La costante di equilibrio indica quale sia la concentrazione dei prodotti di reazione rispetto a quella dei reagenti nella miscela di equilibrio, cioè alla fine della reazione. Un'altra indicazione che si può ricavare dalla K di una reazione è il senso in cui essa deve procedere quando la composizione della miscela di reazione è diversa da quella di equilibrio. Occorre valutare il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti di reazione e quello dei reagenti allo stato iniziale della reazione e confrontarlo con il valore della costante di equilibrio. A seconda che il quoziente (la costante ma con i valori iniziali) sia maggiore o minore della costante si può capire se la reazione sia spostata verso destra o verso sinistra. Se si fornisce calore a due distinti sistemi all'equilibrio, ciascun sistema raggiunge un nuovo stato di equilibrio caratterizzato da una maggior quantità dei reagenti. L'opposto

Accade quando si sottrae calore al sistema di reazione. Se invece si aumenta la pressione, l'aumento della reazione si sposta nel verso in cui si ha una diminuzione del numero di particelle; infatti la diminuzione di particelle contrasta la pressione. Aumentando la temperatura si può prevedere in base al principio di Le Chatelier-Braun che la reazione si debba spostare nel senso in cui è endoentalpica, cioè da sinistra verso destra. Maggiore è la temperatura della reazione, maggiore è la quantità del prodotto rispetto a quella dei reagenti: l'equilibrio è tanto più spostato a destra quanto maggiore è la temperatura. La variazione di volume a temperatura costante del sistema all'equilibrio non provoca alcuno spostamento dell'equilibrio della reazione.

ENERGIA LIBERA e con pressione diversa da 1 bar, l'energia libera della reazione a Quando una reazione avviene a temperatura diversa da 25°C condizione standard.

∆G, non può essere più un criterio diretto di spontaneità o di equilibrio della reazione, poiché l'energia libera dipende sia dalla temperatura che dalla pressione. Si consideri dapprima il caso più semplice di una reazione che avviene a pressione 0 0∆H e ∆S di 1 bar e a qualsiasi temperatura, siccome le differenze di entalpia e di entropia non variano molto con la temperatura, si 0 0 0 0e scrivere ∆G (T) = ∆Hpossono considerare costanti entro un ampio intervallo di temperature e uguali ai valori standard a 25 -∆S. In conclusione i valori di ∆G, ∆H e ∆S permettono di stimare ∆G di una reazione che avviene a una qualunque temperatura (però alla pressione di un bar) e quindi di verificare se una reazione è spontanea a quella temperatura o a quale temperatura la reazione è all'equilibrio.

DEFINIZIONE DI ACIDO E DI BASE

Secondo Arrhenius nel 1887 sono acide le sostanze che sono capaci di donare protoni mentre

Sono basiche le sostanze che, dissociandosi in acqua, danno ioni idrossido. La neutralizzazione di un acido con una base corrisponde alla formazione di molecole d'acqua da parte di H2O. Tale teoria limita il campo di esistenza degli acidi e delle basi alla presenza dell'acqua come solvente (H+ + OH-), e limita il numero di sostanze che si comportano da acidi o da basi a quelle che possiedono atomi di idrogeno o gruppi OH. Le sostanze che hanno le proprietà acide o basiche sono in realtà molto più numerose di quelle che rientrano nella teoria di Arrhenius, e inoltre esiste un comportamento acido-base anche in solventi diversi dall'acqua. Nel 1923 da Brønsted e Lowry si definisce acido una sostanza che sia capace di cedere uno ione idrogeno (protone) a un'altra sostanza in una reazione chimica; base è invece una sostanza che riceve questo ione idrogeno dall'acido. Es. HCl + H2O → H3O+ + Cl-, NH3 + HCl → NH4+ + Cl- il meccanismo

Attraverso queste reazioni implica la rottura del legame covalente polare che lega l'atomo di idrogeno a un non metallo, con la quale avviene la formazione di un nuovo legame fra l'idrogeno e la sua base. Secondo il meccanismo di reazione un acido agisce come tale solo se è in presenza di una base e viceversa. Dalla reazione fra un acido e una base, cioè dal trasferimento di un protone dall'acido alla base, si formano due specie che hanno proprietà l'una di una base e l'altra di un acido. HCl che ha ceduto uno ione idrogeno, si trasforma nella base coniugata di HCl (chiamata base coniugata di HCl) mentre H2O (chiamato acido coniugato di H2O perché derivato da essa per addizione di un protone). La costante acida e la costante basica rispettivamente di un acido e di una base sono prese come misura della forza di un acido o di una base nel reagire con l'acqua o nell'acquistare uno ione H+ dall'acqua.

Un valore grande_{una base}, cioè la tendenza che essi hanno a cedere uno ione H⁺ significa che la reazione è spostata a destra e che l'acido o la base è forte.