Riassunto secondo esonero chimica

I SOLIDI:

I solidi sono sostanze aventi volume e forma propria e sono incomprimibili. Si dividono in due grandi

categorie:

- Solidi cristallini. Sono solidi in cui è riconoscibile una cella elementare che ne definisce tutte le

caratteristiche geometriche e che si propaga in tutte e tre le dimensioni dello spazio. Ha un minimo

di energia potenziale

- Solidi amorfi. Hanno un contenuto di energia potenziale superiore e presentano delle zone di

disordine. Lo stato amorfo è uno stato di non equilibrio e nel tempo tende a cristallizzare.

per distinguere tra solidi cristallini e amorfi vediamo che nei cristallini la struttura è estremamente ordinata

e tra i vari atomi/ioni/molecole la distanza è costante. Se la distanza è costante saranno costante le

interazioni: abbiamo interazioni tutte dello stesso tipo e tutte della stessa entità.

Fondo un solido quando fornisco energia cinetica che diventa uguale all’energia di legame.Nel solido

cristallino dove i legami sono tutti identici, l’energia di legame è la stessa dunque basta fornire un epslon in

più dell’energia di legame per rompere tutti i legami esistenti e avere fusione. Un solido cristallino ha una

ben definita temperatura di fusione, diretta misura delle forze che tengono insieme gli atomi nel cristallo.

Nel solido amorfo abbiamo alcune zone di disordine ovvero zone in cui le particelle si trovano a distanza

differenze. Poiché l’interazione è inversamente proporzionale alla distanza, a distanza maggiore si ha

bisogno di un’energia cinetica da spendere minore. Fornendo calore al solido amorfo, all’aumentare della

temperatura si inizieranno a rompere i legami più deboli, quelli a distanza maggiore. Dunque non ho una

temperatura di fusione ma ho un intervallo di temperature in cui iniziano e finiscono di rompersi i legami.

(Questa è una differenza principale tra i solidi) lo stato dei solidi amorfi è termicamente instabile, nel

tempo si tende al solido cristallino: gli atomi si muovono per portarsi alla distanza di equilibrio.

All’avvicinamento degli atomi si creano zone di vuoto che aumentano la fragilità del solido.

Parliamo di polimorfismo quando una stessa specie può formare cristalli diversi (es. lo zolfo), parliamo di

isomorfismo quando la specie cristallizza sempre nello stesso modo (KCl , NaCl). Parliamo di allotropia

quando il polimorfismo si riferisce ad un composto elementare (es. diamante, grafite, due forme

allotropiche del carbonio).

I solidi cristallini si classificano in base alle interazioni che si hanno al loro interno:

- metallici

- ionici

- covalenti

- molecolari (forze dipolari: London, Van Der Vaals, Idrogeno)

SOLIDI COVALENTI:

Tutte le interazioni tra i costituenti sono legami covalenti, legame forte a cui corrisponde un’energia di

legame molto elevata. Dunque c’è bisogno di un’elevata energia di fusione, dell’ordine di 2000-4000°C (la

temperatura è una diretta misurazione dell’energia di legame)

Gli elettroni di legame sono imprigionati negli orbitali molecolari, non possono muoversi all’interno della

struttura, dunque i solidi covalenti non sono conduttori. L’unico solido covalente conduttore di calore ma

non di corrente è il diamante. Il carbonio s2p2 può formare 4 legami disaccoppiando i lone pair. E non

forma legami doppi o tripli il carbonio può legarsi a 4 carboni differenti con un’energia di legame

elevatissima. Poiché l’atomo di carbonio è molto più piccolo rispetto alle distanze a cui si trovano i legami,

si ha un notevole spazio per poter oscillare. Nel momento in cui scaldo un diamante, gli atomi di carbonio

hanno un grande spazio per oscillare e l’energia si propaga all’interno di tutto il cristallo. Si ha trasmissione

di calore per risonanza di vibrazioni, cioè oscillazione dei nuclei e non il attraverso il muoversi degli

elettroni.

La grafite è invece costituita da piani, il legame atomico sui piani,covalente, è molto energico mentre il

legame tra piani è molto debole, legame di Van Der Vaals; la grafite è dunque un solido anisotropo ha cioè

caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale vengono considerate. La sua struttura rende la

grafite utilizzabile anche come lubrificante solido. La grafene è invece uno strato di grafite che si ottiene

sfogliando quest’ultima attraverso un particolare scotch. Chiudendo la grafene su se stessa si creano dei

legami covalenti ottenendo un nano tubo di carbonio. Altra forma allotropica del carbonio è il fullerene,

pallina formata da soli C con un numero di esagoni e pentagoni elevati con nube elettronica diffusa su tutta

la sfera e condizioni di penetrazione elevata.

SOLIDI IONICI:

La struttura cristallina è formata da ioni cristallini, le forze che interagiscono sono quelle di Coulomb, sono

interazioni piuttosto elevate, a queste corrispondono temperature di fusione che vanno dai 300-1000°C. gli

ioni sono fissi nelle posizioni di equilibrio, sono pessimi conduttori di elettricità e di calore. All’interno di un

solido ionico sappiamo che uno ione positivo è circondato da tutti ioni negativi e viceversa, quindi è difficile

individuare la molecola. Si dà in questo caso la formula minima e non molecolare.

SOLIDI METALLICI:

sono ottimi conduttori di elettricità perché gli elettroni possono muoversi all’interno degli orbitali estesi a

tutto lo spazio e quindi basta una piccola ddp per ordinare il percorso degli elettroni nel verso del campo

elettrico e gli elettroni nella loro mobilità possono trasportare energia termica quindi sono ottimi

conduttori anche di calore. La forza del legame metallico dipende dal metallo che stiamo considerando e

questo si riflette sull’intervallo di temperature di fusione piuttosto ampio Tf va da -39 ( mercurio)-+3500°C

del tungsteno.

SOLIDI MOLECOLARI:

la temperatura di fusione è la più bassa in assoluto perché le molecole o gli atomi sono tenuti insieme dai

legami più deboli quali London, Van Der Vaals e idrogeno. A queste corrisponde un intervallo di

temperature di fusione che vanno circa da -300 a + 100°C . temperature di fusioni più elevate, legame più

forte. Qui è individuabile la singola molecola perché gli atomi all’interno della molecola sono legati da

legami covalenti (es. acqua) mentre all’interno del reticolo cristallino i legami sono quelli intermolecolari

dipolari quindi quando vado a dare energia sotto forma di calore al solido molecolare si romperanno prima

i legami più deboli lasciando libere le singole molecole. La conducibilità elettrica è praticamente nulla e così

anche la conduzione di calore.

STATO LIQUIDO:

Stato intermedio tra quello di estremo disordine del gas e quello di perfetto ordine dello stato cristallino.

Ha delle zone d’ordine e zone di disordine. Anche qui la classificazione è a seconda del legame

intermolecolare che li caratterizza:

- metallici ( mercurio) sono a maggior ragione dei buoni conduttori di calore e elettricità e la conduzione è

elettronica

- ionici (NaCl fuso) a differenza dei solidi ionici, gli ioni non sono più fissi nel reticolo cristallino ma hanno

libertà di movimento all’interno della massa del liquido quindi abbiamo una buona conduzione di elettricità

e di calore grazie agli ioni.

- covalenti (vetro fuso) gli elettroni sono fissi quindi non avremo conducibilità

- molecolari (acqua o qualsiasi solvente) sono dei pessimi conduttori di energia e elettricità.

Nei liquidi la conduzione è maggiore rispetto ai corrispondenti solidi perché il calore si può trasmettere

semplicemente attraverso il movimento delle molecole che sono libere di muoversi all’interno della massa

del liquido.

Esistono dei particolari composti detti cristalli liquidi, che sono dei liquidi con caratteristiche particolari:

sono delle molecole, cioè solidi molecolari, in cui una delle dimensioni è fortemente sviluppata rispetto le

altre, sono molecole fortemente allungate. Il loro stato è quello liquido ma il movimento delle molecole è

ostacolato dalla sua lunga dimensione. La molecola è forzata nel posizionarsi all’interno della sua massa in

fasci paralleli. Questo fa sì che all’interno dei cristalli liquidi ci siano delle intere zone di ordine in cui

abbiamo zone ordinate ma non tutte ordinate nello stesso modo: ogni zona vede fasci paralleli di molecole

molto lunghe. Queste molecole hanno solitamente interazione di Van Der Vaals una con l’altra. Nel caso in

cui la molecola risponda ad uno stimolo elettrico, è possibile con ddp far variare sia la natura della molecola

cioè la posizione degli elettroni, che la posizione nello spazio per questo variano le proprietà ottiche, varia

la trasparenza in funzione della ddp.

Così come i solidi sono caratterizzati da una temperatura di fusione, i liquidi sono caratterizzati da una

temperatura di evaporazione che dà una misura delle forze che tengono insieme le molecole tra di loro.

Prendiamo un recipiente vuoto e ci mettiamo un liquido. Studiamo il liquido a contatto con il vuoto:

le molecole del liquido possono essere suddivise in interne e superficiali, quelle interne alla massa del

liquido subiscono interazioni attrattive su tutta la superficie, quelle superficiali invece interagiscono solo

parzialmente. Cò significa che le molecole superficiali sono trattenute con una forza più debole rispetto a

quelle interne è possibile che abbiano una sufficiente energia cinetica per permettere di vincere le forze

interattive con il resto del liquido e passare in fase vapore. All’aumentare della temperatura aumenta il

numero di molecole in grado in fuggire al legame vaporizzandosi. A temperatura costante l’energia media

delle molecole è costante e allora il numero di molecole in grado di passare in fase vapore è costante.

Queste molecole in grado di passare in fase vapore determinano la pressione o tensione di vapore del

liquido. Il numero di particelle che lascia lo stato liquido per diventare vapore è costante ma nel frattempo

la massa del vapore avrà aumentato la sua pressione. Con l’aumento di pressione incomincia ad aumentare

la probabilità che le molecole urtino, nel loro moto caotico, la superficie del liquido, tornando a far parte

del liquido stesso (liquefazione) . Dopo un tempo congruo per raggiungere l’equilibrio, a t=cost il numero di

molecole che evapora è uguale a quelle che condensano e quindi la pressione di vapore all’interno del

recipiente non cambia nel tempo p=cost. Se nel recipiente c’è solo un componente si parla di pressione di

vapor saturo quantitativo di vapore che a tale temperatura è possibile avere in equilibrio con la fase

liquida