I Liquidi: generalità, proprietà, diagramma di fase

I LIQUIDI: Fattori determinanti lo stato di aggregazione

▪ Interazioni attrattive tra le particelle componenti la sostanza

▪ Massa atomica o molecolare delle particelle

▪ Forma delle particelle

Le molecole a pelo d'acqua dalla fase liquida ad areiforme. Esse sono trattenute dalla molecole sorelle sotto ma fuori non ci sono. Riescono ad acquisire una forza tale per cui riescono dalla fase liquida a passare a quella aeriforme; questo fenomeno è chiamato tensione di vapore (tensione tendenza ad evaporare) + energia cinetica di quella interna.

Tra le mie n particelle ce ne sono alcune che riescono a effettuare un salto.

Tensione di vapore: è la pressione esercitata dal vapore in equilibrio con la propria fase liquida; Proporzionale alla T T°>= =>energia cinetica (etanolo o alcool etilico tensione di vapore molto alta, evapora subito) => T° ebollizione T alla quale la tensione di vapore eguaglia la pressione esterna].

Forze di...

1. FORZE DI COESIONE: attrazione fra molecole della stessa sostanza, quindi tra molecole uguali (liquido-liquido). Sono responsabili della tensione superficiale (i liquidi formano una membrana molto sottile ed elastica che permette di sostenere piccoli oggetti senza rompersi, permette agli insetti di camminare sull'acqua senza neanche bagnarsi e fa assumere alle gocce d'acqua forma sferica perché la sfera è la forma che ha la più piccola area superficiale a parità di volume).
2. FORZE DI ADESIONE: attrazione tra molecole di sostanze diverse, quindi tra molecole diverse (liquido-solido). Sono responsabili della capillarità (i liquidi hanno la capacità di entrare dentro dei tubi molto sottili).

Tensione superficiale: è il lavoro da fornire al sistema per aumentare l'area superficiale di 1 m2 (resistenza della superficie libera dei liquidi). Dipende dalle forze attrattive (di coesione) tra le molecole della stessa sostanza.

particelle•Minore è la superficie e minore è l'energia potenziale del sistema

La superficie dei liquidi è piana perché queste forze tendono a tenere unite le molecole e ad attrarle verso l'interno. La tensione superficiale denota l'attrazione risultante delle forze intermolecolari verso l'interno, perciò maggiori sono queste forze e maggiore è la tensione superficiale dell'acqua è tre volte > quella della maggior parte dei liquidi grazie ai suoi forti legami H. Quella del Hg è oltre sei volte quella dell'acqua a causa di forti legami metallo metallo che hanno anche un parziale carattere covalente.

▪ Le molecole situate sulla superficie del liquido sono soggette a un'attrazione netta verso il basso. Perciò un liquido tende a minimizzare il numero di molecole sulla superficie, il che genera la tensione superficiale. In altre parole la tensione superficiale

è la forza di coesione che si esercita fra le molecole superficiali di un liquido.

▪ Le molecole situate all’interno del liquido sono soggette ad attrazioni intermolecolari in tutte le direzioni.

La tensione superficiale è l’energia necessaria per aumentare di una quantità unitaria l’area della superficie.

La tensione superficiale è maggiore tanto maggiori sono le forze tra le particelle.

Prove di galleggiamento di oggetti leggeri sulla superficie dell'acqua che sembra comportarsi ecc.…) come una pellicola (graffette, spilli, origano,▪ chiamato “tensione superficiale” ed è dovuto alle forze di coesione.

L'effetto pellicola viene coesione.

▪ Cosa succede se uso il detersivo: il detersivo fa affondare o allontanare gli oggetti come se bucasse la pellicola presente sulla superficie

Forme dell’acqua

L'acqua in piccole quantità forma delle gocce e la forma delle gocce è diversa su un foglio di plastica

(più alta e sferica) e sul banco (più bassa e piatta). (grazie alla forze di adesione legocce aderiscono alla pianta senza scivolare) → L'acqua forma le gocce grazie alle forze di coesione che tengono unite le sue molecole e la forma della goccia dipende dalla forza di adesione tra le molecole dell'acqua e quelle della superficie: più sono grandi le forze di adesione, più l'acqua e la superficie aderiscono, cioè sono a contatto tra loro.

Capillarità

Un gambo di sedano bianco in un bicchiere di acqua colorata con dell'inchiostro rosso: in qualche giorno il sedano diventa rosso perché l'acqua tende a salire lungo il gambo.

Il gambo di sedano contiene dei tubicini molto stretti, detti tubi capillari, lungo i quali l'acqua colorata riesce a salire grazie alle forze di adesione con le molecole delle pareti dei tubi che le tirano verso l'alto. Questo effetto è detto capillarità.

Le piante

contengono tubi capillari (i vasi conduttori) in cui passa l'acqua assorbita dalle radicinel suolo. Questo effetto non si osserva nei tubi più larghi perché c'è meno contatto tra illiquido e le pareti del tubo quindi le forze di adesione non riescono a far salire il liquido. Tensione superficiale e CAPILLARITÀ Il fenomeno della capillarità, connesso alla tensione superficiale, consiste nel fatto che se si immerge in un liquido l'estremità di un capillare (tubo di vetro di diametro molto piccolo, 0,1mm), il liquido stesso tenderà a disporsi nel capillare a un livello più alto (1) o più basso (2) rispetto al livello del liquido esterno; inoltre, la superficie libera del liquido all'interno del capillare non è piana, ma tende ad assumere una forma curva (menisco), rispettivamente concava nel caso (1) o convessa nel caso (2). La formazione dei menischi è molto più accentuata quanto più

piccolo è il diametro del tubo in cui osserviamo il fenomeno ed è provocata dal rapporto tra l'intensità delle forze di coesione e quelle di adesione. È possibile avere un'indicazione dell'intensità delle forze di coesione considerando la tensione superficiale dei liquidi: a 20 °C, essa vale circa 0,073 N/m nel caso dell'acqua e 0,559 N/m nel caso del mercurio.

Tensione superficiale e CAPILLARITÀ VS MATERIALI (materiale polare): forze di adesione tra molecole d'acqua e vetro > forze di coesione alla superficie del liquido (dovute alla tensione superficiale) il liquido "bagna" la superficie di vetro e tenderà a disporsi nel capillare a un livello più alto (1) rispetto a quello del liquido all'esterno del capillare, dando origine ad un menisco inferiore (menisco concavo); caso mercurio/vetro (materiale polare): forze di coesione alla superficie del liquido (dovute

alla tensione superficiale) > forze di adesione tra molecole di Hg e vetro il liquido "non bagna" la superficie di vetro e tenderà a disporsi nel capillare a un livello più basso (2) rispetto a quello del liquido esterno al capillare, dando origine ad un menisco superiore (menisco convesso). caso acqua/plastica (materiale apolare): prevalgono le forze di coesione tra le molecole d'acqua e si forma un menisco superiore. (materiale apolare): visto l'elevato valore di tensione superficiale, caso mercurio/plastica continua a prevalere la forza di coesione tra gli atomi del metallo, che anche in questo caso non bagna le pareti del capillare di plastica e forma un menisco superiore. Poiché l'affinità chimica del mercurio è più grande verso la plastica apolare che verso il vetro polare, il menisco dovrebbe essere in questo caso meno curvato e il liquido nel capillare dovrebbe "sprofondare" meno rispetto al

livello del mercurio nel contenitore.

TENSIONE (PRESSIONE) DI VAPORE

Tutte le sostanze liquide e solide hanno una certa tendenza a evaporare anche a bassa temperatura.

Le particelle del liquido che hanno energia cinetica maggiore dell'energia cinetica media possono evaporare e lo fanno se la loro energia cinetica è maggiore delle forze che tengono unite le particelle nello stato liquido.

Anche se la temperatura del sistema è inferiore al punto di ebollizione del liquido, alcune particelle tra le più veloci possiedono energia cinetica sufficiente per uscire dal liquido.

In sistemi aperti, può evaporare tutto il liquido secondo il meccanismo:

• particella esce
• energia cinetica media del sistema diminuisce
• temperatura del sistema diminuisce
• il sistema assorbe calore dall'esterno per mantenere equilibrio termico
• altre particelle hanno ora sufficiente energia cinetica per lasciare il sistema

misura della pressione di vapore

In un recipiente chiuso,

contenente un liquido puro, alla temperatura costante T, facciamo il vuoto (P=0). Le particelle del liquido con en.cinetica maggiore delle forze intermolecolari nel liquido passano nella fase vapore. Mentre le molecole escono dal liquido, altre, dal vapore possono entrare nel liquido. Quando la velocità di evaporazione condensazione, il sistema è all'equilibrio (è unuguaglia quella di equilibrio dinamico) e lo spazio sovrastante il liquido è saturato con il vapore. La tensione di vapore di un liquido in un recipiente chiuso è la pressione che esercita il vapore in equilibrio col suo liquido. La tensione di vapore si misura in mmHg. Pressione di vapore in funzione della temperatura e delle forze intermolecolari La pressione di vapore aumenta quando la temperatura aumenta. La pressione di vapore diminuisce quando l'entità delle forze intermolecolari aumenta. A parità di T l'etere dietilico ha > tensione di vapore perché ciSono solo forze di London tra le molecole mentre l'acqua ha sia legami H che forze di Van Der Waals. Variazione della tensione di vapore in diversi liquidi in funzione di T Pressione di vapore e temperatura di ebollizione La temperatura di ebollizione di un liquido è la temperatura a cui la pressione di vapore è uguale alla pressione esterna. La temperatura di ebollizione aumenta all'aumentare della pressione esterna. Esempio A 1 Atm (760 mmHg) l'acqua bolle a 100°C; A 3500 m SLM, la pressione è 526 mmHg e l'acqua bolle a 90°C. FASE VS STATO DI AGGREGAZIONE Esempi: Sistema composto da un bicchiere d'acqua in cui sono immersi cubetti di ghiaccio. Questo sistema è uniforme dal punto di vista della composizione (acqua pura in entrambi i casi), ma consta di due fasi distinte (perché in stati di aggregazione diversi), e cioè una di acqua liquida e l'altra di ghiaccio solido.