Riassunti Chimica Fisica

EQUILIBRIO CHIMICO

Si ha l'equilibrio quando la velocità di formazione dei prodotti è uguale alla velocità di formazione dei reagenti. Attraverso la Legge Di Azione Di Massa si può studiare la costante di equilibrio:

K = (c * [C] * [D]) / (a * [A] + b * [B])

Gli Equilibri Fisici

La maggior parte delle sostanze in cui ci imbattiamo sono costituite da miscele. A seconda dei diversi soluti disciolti in queste, ne cambieranno le proprietà fisiche.

FASI E TRANSIZIONI DI STATO

Una stessa sostanza può presentarsi in diversi stati di aggregazione e quindi esistere in più Fasi. Una sostanza può esistere anche in più di una forma solida (come nel caso del carbonio, che presenta la fase di grafite e quella di diamante) o più di una forma liquida (come nel caso dell'elio che presenta due fasi liquide). La trasformazione di una sostanza da uno stato di aggregazione all'altro è detta transizione di stato.

LA PRESSIONE DI

VAPOREÈ la pressione esercitata dal vapore di un liquido quando si trova in Equilibrio Dinamico con la fase condensata. Ad una determinata temperatura, il suo vapore esercita una pressione caratteristica, a prescindere dall’effettivo volume del liquido presente, l’unica a non variare è quella dell’Acqua, infatti rimane sempre la stessa. In un recipiente chiuso, le fasi liquida e di vapore di una sostanza si trovano all’equilibrio, pertanto non c’è nessuna spinta termodinamica a favore di una o dell’altra. Per delineare un modello, a livello molecolare, dell’equilibrio tra un liquido e il suo vapore, supponiamo che il liquido si trovi in un recipiente chiuso e sotto vuoto. Man mano che le molecole abbandonano la superficie del liquido si forma il vapore e la maggior parte dell’evaporazione avviene al livello della superficie del liquido, perché qui le molecole sono trattenute più debolmente dalle interazioni con le

molecole vicine. Aumentando il numero di molecole in fase di vapore, aumenta anche il numero di molecole che si scontrano con la superficie del liquido e tornano a farne parte. In altre parole, le molecole che nell'unità di tempo rientrano nel liquido uguagliano quelle che lo abbandonano, pertanto si dice che l'equilibrio ha carattere dinamico.

Volatilità e forze intermolecolari. La pressione di vapore sarà elevata per i liquidi caratterizzati dall'avere interazioni intermolecolari deboli. Al contrario, per i liquidi caratterizzati da forze intermolecolari forti, la pressione di vapore sarà minore. Pertanto, i liquidi con un'elevata pressione di vapore sono più volatili. Al contrario, i liquidi che formano legami a idrogeno saranno meno volatili.

Variazione della pressione di vapore con la temperatura. A temperatura maggiore, le molecole hanno a disposizione maggiore energia per sfuggire alle attrazioni intermolecolari. Per questo motivo,

è lecito pensare che ad un aumento dellatemperatura debba aumentare anche la pressione di vapore. L’equazione di Clausius-Clapeyronfornisce la dipendenza quantitativa della pressione di vapore di un liquido dalla temperatura.

L’Ebollizione

Quando la temperatura raggiunge il punto in cui la pressione di vapore di un liquidoeguaglia la pressione atmosferica, l’evaporazione interessa l’intera massa del liquido enon solo le molecole in superficie.

Il Punto Di Ebollizione Normale è la temperatura alla quale un liquido bolle, a pressioneatmosferica pari a 1 atm.

Quando la pressione atmosferica è maggiore, l’ebollizione avviene a temperaturemaggiori, mentre se la pressione è minore di 1 atm, l’ebollizione avviene a temperatureinferiori.

Le forti interazioni intermolecolari influiscono sul punto di ebollizione: un punto di ebollizioneelevato è indice di forti interazioni intermolecolari.

Il Congelamento

Un liquido solidifica

quando le sue molecole non hanno energia sufficiente a sottrarsi all'attrazione delle molecole vicine.

Alla Temperatura Di Congelamento, la fase liquida e solida si trovano all'equilibrio.

Il punto normale di congelamento di un liquido è la temperatura alla quale esso solidifica ad 1atm.

La Fusione

La temperatura di fusione di un solido equivale alla temperatura di congelamento delliquido corrispondente.

Per la maggior parte delle sostanze, la fase solida è più densa della fase liquida, perché nel solido le molecole si impacchettano più strettamente.

La maggior parte dei solidi, a pressioni maggiori fondono a temperature più elevate. Tuttavia, il comportamento dell'acqua è insolito: alla temperatura di 0°C, la densità del liquido è maggiore di quella del ghiaccio, infatti, questo galleggia sull'acqua. Ciò è dovuto alla presenza di legami a idrogeno, che danno origine ad una struttura molto

aperta nella fase solida. Quando il ghiaccio fonde, molti legami a idrogeno vengono meno, permettendo alle molecole d'acqua di impacchettarsi più compattamente. Tali legami influiscono anche sul punto di fusione del ghiaccio, che, all'aumentare della pressione, diminuisce (anziché aumentare, come per tutti gli altri solidi).

I DIAGRAMMI DI STATO

Descrivono le regioni di pressione e temperatura alle quali ciascuna fase di una sostanza gode di massima stabilità.

Le Curve Limite descrivono le condizioni nelle quali due fasi possono coesistere in equilibrio dinamico reciproco.

Tre fasi coesistono in equilibrio in un Punto Triplo.

I diagrammi di stato a un solo componente descrivono i cambiamenti di una sola sostanza.

Le curve limite sono le curve che delimitano le regioni del diagramma di stato.

In tutti i punti che compongono queste linee, le due fasi confinanti coesistono all'equilibrio dinamico.

Se una delle due fasi in questione è un vapore, la pressione che

corrisponde a questo equilibrio è la pressione di vapore della sostanza. Quindi, la curva limite liquido-vapore mostra come varia la pressione di vapore di un liquido al variare della temperatura. Allo stesso modo, la curva limite solido-vapore descrive il cambiamento della pressione al variare della temperatura. La curva limite solido-liquido mostra i valori di pressione e temperatura ai quali stato solido e liquido coesistono in equilibrio, quindi descrive come varia il punto di fusione di un solido con il variare della pressione. Per esempio, aumentando la pressione del ghiaccio, si finisce per convertirlo in liquido. Il punto triplo è il punto in cui si intersecano tre curve limite; in questo, tutte le fasi coesistono in equilibrio dinamico. Non si è mai osservata, nei sistemi a un solo componente, la coesistenza di 4 fasi in equilibrio in un solo punto. I diagrammi di stato mettono in luce i cambiamenti che si verificano quando si modifica pressione o temperatura di una.sostanza: immaginiamo di avere un campione d'acqua racchiuso in un cilindro dotato di pistone scorrevole. Consideriamo temperatura costante e pressione di 1 atm. Riducendo la pressione a 0,12 atm, ci troveremo sulla curva limite vapore-liquido del diagramma di stato dell'acqua, permettendo il favorimento dello stato gassoso. Le Proprietà Critiche Analizzando il diagramma di stato dell'acqua, notiamo che la curva limite liquido-vapore si arresta in un determinato punto C. Supponiamo che un recipiente contenga acqua liquida e vapore acqueo a 25°C e 24 Torr: le due fasi sono in equilibrio. Alzando la temperatura, il sistema si muove da sinistra verso destra lungo la curva limite. Raggiunti i 200°C (e quindi 15 atm), liquido e vapore sono ancora all'equilibrio, ma adesso il vapore è densissimo in virtù della pressione molto elevata. Quando la temperatura raggiunge i 374°C, la pressione di vapore raggiunge 218 atm, la densità del vapore.

è talmente alta da eguagliare quella del liquido residuo.

Dunque, scompare del tutto la superficie che separa liquido e vapore e da questo punto in poi non sarà più possibile distinguere la fase liquida.

Il recipiente risulta pieno di una fase uniforme e dato che, per definizione, una sostanza che riempie qualsiasi recipiente è un gas, concludiamo che questa fase uniforme sia un gas, nonostante la sua elevata densità. Supercritico.

Questo fluido denso che esiste oltre il punto critico è definito Fluido.

Per questo motivo, si dice che 374°C è la Temperatura Critica dell’acqua, alla quale (e al di sopra della quale) essa non può condensarsi da vapore a liquido. La pressione presente all’estremità della curva liquido-vapore è detta Pressione Critica di una sostanza; quella dell’acqua è 218 atm.

La temperatura critica e la pressione critica, congiuntamente, rappresentano il Punto Critico.

dellasostanza. La Solubilità Il soluto modifica le proprietà fisiche del solvente. Quando le strade sono ghiacciate, si sparge sopra il sale perché così si viene a formare una soluzione salina acquosa che abbassa il punto di congelamento dell'acqua pura; In questo modo il ghiaccio si scioglie. I limiti della solubilità A livello molecolare, un cristallo di glucosio disciolto in acqua viene accerchiato poco alla volta dalle molecole di acqua e stabilisce legami idrogeno con esse. Così le molecole superficiali di glucosio abbandonano il cristallo e si disperdono nel solvente, circondandosi interamente di molecole d'acqua. Lo stesso si verifica con soluti ionici: le molecole d'acqua, polari, idratano gli ioni e li sottraggono alle forze attrattive del reticolo cristallino. La soluzione si dice satura quando il soluto ha raggiunto la massima concentrazione. In questa soluzione, il soluto disciolto e quello indisciolto si trovano.interagire tramite legami idrogeno, come l'acqua. Allo stesso modo, se un soluto è apolare e le sue principali attrazioni intermolecolari sono legami di dispersione, sarà più probabile che si dissolva in un solvente apolare. Questo principio è noto come "il simile disciolie il simile". Le interazioni tra le molecole del soluto e del solvente determinano la solubilità di una sostanza. Se le interazioni sono simili, la soluzione si formerà facilmente. Al contrario, se le interazioni sono diverse, sarà necessaria più energia per formare la soluzione. La solubilità molare di una sostanza è la sua concentrazione molare in una soluzione satura. In altre parole, è la quantità massima di soluto che può essere disciolta in una data quantità di solvente a una data temperatura. In conclusione, la scelta del solvente migliore dipende dalle interazioni tra le molecole del soluto e del solvente. Per i composti ionici e polari, il miglior solvente sarà un liquido polare come l'acqua. Per i composti apolari, il miglior solvente sarà un composto apolare.