Materia, soluzioni, stati di aggregazione, regola delle fasi

Materia, soluzioni, stati di aggregazione

Sistema e fase

Sistema: porzione definita del mondo fisico, con tutta la materia ed energia che contiene, isolato.

Omogeneo: materia avente le stesse proprietà in ogni punto di almeno 10^-9 m = 1 fase.

Eterogeneo = + fasi.

Fase: porzione di un sistema avente stesse proprietà in ogni punto di almeno 10^-9 m.

Sistemi omogenei e miscele

• Omogenee:
  • Pura = sostanza.
  • Composizione chimica determinata, proprietà specifiche, struttura definita (es. H₂O).
  • Composti chimici.
  • Elementi.
  • Impura = omogenea ma con composizione chimica variabile (soluzioni).
  • Proprietà; possono essere decomposte con metodi fisici (es. riscaldamento).
  • Miscele.
• Eterogenee:
  • Grossolana: fasi visibili ad occhio nudo.
  • Dispersa: per distinguere una fase serve il microscopio.
  • Sospensioni: nebbia (liquido in un gas).
  • Fumo (solido in un gas).
  • Emulsioni: liquido/liquido.

Materia, soluzioni, stati di aggregazione

Sistema

Porzione definita del mondo fisico, con tutta la materia ed energia che contiene, isolato.

Omogeneo: materia avente le stesse proprietà in ogni punto di almeno 10^-9 m = 1 fase.

/ Eterogeneo = + fasi.

Fase

Porzione di un sistema avente stesse proprietà in ogni punto di almeno 10^-9 m.

• Pura = sostanza, composizione chimica determinata, proprietà specifiche, struttura definita (es. H₂O).
• Composti chimici.
• Elementi.
• Impura = omogenea ma con composizione chimica variabile (soluzioni).
• Proprietà possono essere decomposte con metodi fisici (es. riscaldamento).
• Miscele.
• Grassolana: fasi visibili ad occhio nudo.
• Dispersa: per distinguere una fase serve il microscopio.
• Sospensioni: nebbia (liquido in un gas), fumo (solido in un gas).
• Emulsioni: liquido/liquido.

Stato di aggregazione

Stato di aggregazione: proprietà fisica di una sostanza può cambiare x temperatura/pressione.

Trasformazioni di stato: trasformazioni fisiche che fanno passare da uno stato all’altro.

• Reversibili: le studia la fisica.
• Irreversibili: chimica.
• Solido: forma e volume.
• Liquido: volume.
• Gassoso: //.

Frazionamento dei sistemi eterogenei

Solido - Liquido

• Sedimentazione: le particelle solide precipitano sul fondo.
• Filtrazione: una membrana porosa permette il passaggio del liquido.
• Centrifugazione: la forza centrifuga fa decantare le particelle con maggior densità (usata anche per le emulsioni).

Solido - Gassoso

• Decantazione: le polveri si depositano da un gas a riposo.
• Cicloni: in un recipiente cilindrico si invia ad alta velocità la miscela, le particelle ad alta densità sono compresse contro la parete.
• Separatori elettrostatici: le particelle solide elettricamente cariche si depositano sulle pareti di un tubo sotto la forza di un campo elettrico.

Solido - Solido

• Ventilazione: si sfrutta la diversa densità (quelle più leggere sono più deviate da una corrente d'aria).
• Separatori magnetici: sfruttano le diverse proprietà.
• Flottazione.

Frazionamento dei sistemi omogenei

Si sottopone il sistema ad un frazionamento, dopo di che:

• Le frazioni sono uguali a loro e alla fase primitiva.
• Era una specie chimica definita.
• Sono diverse, era una soluzione.

Effusione

Attraverso pareti porose (miscele gassose).

Si sfrutta la velocità d’efflusso v ∝ 1/√d.

Separare una miscela con i costituenti più leggeri.

Distillazione

Serie di vaporizzazioni e condensazioni.

Cristallizzazione frazionata

I diversi solidi cristallizzati a partire da una soluzione avranno proprietà diverse.

Estrazione con solventi

Usato nelle soluzioni molto diluite.

Solvente immiscibile con la miscela in esame ma nel quale sia molto solubile la sostanza da estrarre.

Regola delle fasi

Fase = porzione di materia chimicamente e fisicamente omogenea, delimitata da superfici ben definite.

Varianza = numero di variabili indipendenti (gradi di libertà) del sistema, il cui valore può essere stabilito a piacere (entro certi limiti) ma una volta fissato il quale, le altre variabili sono univocamente determinate.

Gibbs

V = n + f - φ.

Varianza → fattori fisici attivi.

n = minimo numero di individui chimici indicando la quantità dei quali si può descrivere la composizione del sistema in modo completo.

= numero di specie chimiche - numero di relazioni matematiche.

• Costanti di equilibrio.
• Relazioni stechiometriche.

f = grandezze la cui variazione influisce sugli equilibri.

• Temperatura: sempre.
• Pressione: solo se possono esserci variazioni di volume.

* Definizione alternativa: numero di variabili modificabili, senza che debba variare il numero di fasi presenti.

• Variabili fisiche: temperatura (sempre), pressione (vedi sopra).
• Chimiche: composizione delle varie fasi.