Materia, soluzioni, stati di aggregazione, regola delle fasi

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^-9m = 1 fase
• /eterogeneo = + fasi

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

• 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 proprieta' in ogni punto di almeno 10^-9m = 1 fase
• / eterogeneo = + fasi

Fase

porzione di un sistema avente stesse proprieta' in ogni punto di almeno 10^-9m

• pura = sostanza, composizione chimica determinata, proprieta' specifiche, struttura definita (es. H₂O)
  • composti chimici
  • elementi
• impura = omogenea ma con composizione chimica variabile (soluzioni)
  • proprieta' 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: 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 fisicaIrreversibili: chimica

Solido: forma e volumeLiquido: volumeGassoso: //

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