Stati della materia

PROPRIETÀ DEI GAS

Il volume di un gas varia notevolmente con la pressione.

I gas hanno una viscosità molto bassa.

I gas hanno densità molto bassa (massa/volume).

Sono miscibili tra di loro, riescono a creare una miscela di tanti gas indistinguibili.

LE LEGGI DEI GAS

Il comportamento fisico di un gas può essere descritto attraverso quattro variabili: pressione, volume, temperatura, quantità di moli.

1. Legge di Boyle: Un cilindro contiene delle moli di gas compresse da un pistone, temperatura e numero di moli sono costanti, quando riduce il volume e dunque il gas viene compresso, aumenta la pressione, ottenendo una proporzionalità inversa tra pressione e volume.
2. Legge di Charles: Pressione costante, aumentando la temperatura aumenta anche il volume, riducendo la temperatura si riduce anche il volume.
3. Legge di Avogadro: Mantenendo costante temperatura e pressione, all'aumentare del numero di moli aumenta il volume.

LA TEORIA CINETICA

DEI GAS Caratteristiche affinché un gas sia considerato un gas ideale (difficile da realizzarsi): - Il gas deve occupare un volume trascurabile rispetto al recipiente in cui è contenuto, quindi si considera puntiforme. - Il moto delle sue particelle deve essere rettilineo e uniforme. - Gli urti tra le particelle devono essere elastici, quindi l'energia cinetica totale rimane costante. RELAZIONE TRA LA MASSA MOLARE E LA VELOCITÀ MOLECOLARE Particelle con diverse masse hanno anche diverse velocità, ad esempio le molecole più leggere hanno una velocità media più alta. EQUAZIONE DI VAN DER WAALS L'equazione di van der Waals tiene conto delle interazioni tra le particelle e del volume occupato dalle particelle stesse. - Corregge in aumento la pressione misurata aggiungendo un fattore che tiene conto delle attrazioni intermolecolari. - Corregge in diminuzione il volume misurato sottraendo un fattore che tiene conto del volume molecolare. LEGGE DI DALTON Quando due gas A e B sono mescolati nello stesso recipiente, la pressione totale del sistema è data dalla somma delle pressioni parziali dei singoli gas.

stesso recipiente alla stessa temperatura, esercitano una pressione totale uguale alla somma delle loro pressioni parziali (esempio: l'aria che respiriamo è costituita da azoto, ossigeno, argon, diossido di carbonio, vapore acqueo e piccole quantità di altri gas; ciascuno di questi gas esercita una propria pressione e la pressione atmosferica è la somma delle pressioni esercitate da ciascun gas)

L'equazione di stato PV = nRT non è limitata a gas puri, ma è valida anche per miscele di due o più gas. In tal caso, è sufficiente che n indichi il numero di moli totali dei gas che compongono la miscela.

La frazione molare (Xi) di ciascun componente di una miscela (sia essa gassosa, liquida o solida) è data dal rapporto fra il numero di moli del componente i (ni) e il numero di moli totali E, indipendentemente dalla composizione della miscela, risulta sempre: XA + XB + ... = 1.

Dalla legge di Dalton consegue che la pressione parziale di

ciascun componente è data dal prodotto della pressione totale, P, per la frazione molare del componente, infatti PA = nA RT/V e PB = nB RT/PT = PA + PB = (nA+nB)RT/PA/PT = nA/(nA+nB) PB/PT = nB/(nA+nB) Per cui: PA = XA P e PB = XB P A

LE SOLUZIONI

Una soluzione è una miscela omogenea di due o più sostanze in una stessa fase. Per convenzione, il componente presente in maggiore quantità viene indicato come solvente e gli altri componenti come soluti. Le soluzioni più comuni sono quelle di solidi nei liquidi e, in particolare, quelle in cui il liquido solvente è l'acqua (soluzioni acquose).

DISSOCIAZIONE IONICA

Il cloruro di sodio (sale da cucina) si presenta come un cristallo cuboide in cui ogni spigolo è rappresentato da ioni (catione Na+ e anione Cl-). Quando introduciamo questi solidi nel solvente acquoso, gli ioni vengono idratati dalle molecole di acqua polari, diventando un tutt'uno con esse: l'atomo di sodio carico positivamente

sarà circondato da un certo numero di molecole di acqua rivolte verso di esso col polo negativo (ossigeno), mentre l'atomo di cloro carico negativamente sarà circondato da molecole di acqua orientate verso di esso col polo positivo (idrogeni)...

DISSOCIAZIONE MOLECOLARE
Quando il soluto è uno zucchero non avviene una dissociazione ionica ma molecolare. C12H22O11 è anch'esso una struttura solida cubica cristallina le cui molecole polari sono impacchettate tra loro ordinatamente. Quando viene introdotto in acqua, le molecole polari del soluto vengono idratate e si andranno a disporre orientate alle molecole polari dell'acqua rispettando le cariche dei dipolo: al polo positivo del soluto l'acqua si orienterà col polo negativo, al polo negativo del soluto l'acqua si orienterà col polo positivo.

I soluti si possono classificare in elettroliti forti e deboli:
• Gli elettroliti forti si dissociano completamente in cationi e anioni

1. Gli elettroliti forti si dissociano completamente in cationi e anioni quando si trovano in soluzione. Ad esempio, il cloruro di sodio si dissocia completamente nei suoi ioni costituenti, Na+ e Cl-. Questo non altera la carica complessiva del sistema, mantenendo l'elettroneutralità.
2. Gli elettroliti deboli non si dissociano completamente in cationi e anioni, ma solo parzialmente.
3. Per determinare la concentrazione di un soluto all'interno di una soluzione, è necessario definire il modo in cui viene misurata. Esistono due categorie di concentrazione: peso-peso e peso-volume.
4. Al fine di analizzare le proprietà colligative di una soluzione, è necessario definire delle modalità di misura per la concentrazione di un soluto che quantifichino il numero di molecole o ioni di soluto rispetto al numero di molecole del solvente.

La percentuale in peso di un componente equivale al rapporto tra la sua massa e la massa totale della miscela, moltiplicato per 100.

La frazione molare, X, di un componente di una soluzione è definita come il rapporto tra la quantità in moli di quel componente (nA) e il numero totale

di moli di tutti i componenti della soluzione (nA + nB + nC + …La somma è sempre uguale a 1.

MOLALITà: La molalità, m, di una soluzione è de nita come la quantità di soluto (in moli) disciolto in 1 kg di solvente.

MOLARITà: La molarità di una soluzione è de nita come la quantità di soluto disciolto in 1 L di soluzione.

DILUIZIONE: Una soluzione si prepara sciogliendo un soluto in un opportuno solvente. Aggiungendo ulteriore solvente aumenta il volume e diminuisce la concentrazione (soluzione diluita). Aggiungendo soluto aumenta la concentrazione e il volume resta costante.

LE PROPRIETÀ COLLIGATIVE: Le proprietà colligative sono proprietà delle soluzioni che dipendono esclusivamente dalla presenza del soluto. In particolare la loro entità dipende solo dal numero di particelle di soluto presenti nella soluzione e non dalla natura del soluto. Queste proprietà sono:

l'abbassamento della pressione di vapore (legge di Raoult), l'innalzamento ebullioscopico, l'abbassamento crioscopico e la pressione osmotica.

• ABBASSAMENTO DELLA PRESSIONE DI VAPORE: LEGGE DI RAOUL

Prima di tutto è necessario definire cos'è la tensione di vapore. Si tratta della pressione che le molecole di vapore esercitano sulla superficie del proprio liquido in equilibrio, quando la velocità di evaporazione e condensazione sono uguali. All'interno delle soluzioni, i solventi subiscono dei cambiamenti delle loro proprietà, ed una di queste è proprio la tensione di vapore. Se un soluto non volatile (non ha capacità di passare allo stato gassoso) viene sciolto in un liquido, la tendenza delle molecole di liquido ad evaporare diminuisce. Tra soluto e solvente si istaurano delle interazioni intermolecolari che trattengono il solvente in soluzione liquida. Essendoci meno molecole allo stato gassoso, di conseguenzaci sarà un abbassamento dellapressione di vapore. Dunque, la pressione di vapore della soluzione è minore della pressione di vapore del solvente puroCOME È POSSIBILE QUANTIFICARE QUESTA RIDUZIONE? Con la legge di Raoult.• INNALZAMENTO DEL PUNTO DI EBOLLIZIONLa diminuzione di pressione di vapore causata dal soluto non volatile determina un aumento della temperaturacorrispondente al punto di ebollizione. Il punto di ebollizione normale di un liquido è la temperatura alla quale la suapressione di vapore uguaglia 1 atm o 760 mmHg. COME VARIA IL PUNTO DI EBOLLIZIONE DELLA SOLUZIONE ALVARIARE DELLA CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO? L’aumento del punto di ebollizione, ∆Tpe, è direttamenteproporzionale alla molalità del soluto Formalmente, il valore di Kpe corrisponde all’innalzamentodel punto di ebollizione per una soluzione 1 m.L’innalzamento del punto di ebollizione di un solvente, in seguito all’aggiunta di un soluto, trovamolte applicazioni pratiche. Una di queste è la protezione fornita al motore di un'automobile anche in estate con l'uso di un antigelo "per tutte le stagioni". Il costituente principale degli antigelo in commercio è il glicole etilenico, HOCH2CH2OH. Usando solo acqua, in estate, vi sarebbe il rischio di ebollizione all'interno del radiatore. L'aggiunta di questo liquido non volatile, fa sì che la soluzione abbia un punto di ebollizione molto superiore rispetto a quello dell'acqua pura. • ABBASSAMENTO DEL PUNTO DI CONGELAMENTO Il punto di congelamento della soluzione è più basso di quello del solvente puro. Kpc è la costante di abbassamento del punto di congelamento in gradi per unità di molalità (°C/m). Tutti i valori sono negativi, cosicché ne risulta un valore negativo per ∆Tpc, il che significa una diminuzione della temperatura di congelamento. • PRESSIONE

OSMOTICL'osmosi consiste nel flusso di molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile, da una regione a bassa concentrazione di soluto a una regione ad alta concentrazione di soluto.

Da un punto di vista molecolare, la membrana semipermeabile non costituisce una barriera per il movimento delle molecole di acqua, le quali, quindi, attraversano la membrana nelle due direzioni. Con il trascorrere del tempo, il numero di molecole di acqua che tende a passare attraverso la membrana dall'acqua pura verso la soluzione è maggiore del numero di molecole che attraversa la membrana in senso inverso. L'effetto netto è che le molecole di acqua tendono a passare da regioni a bassa concentrazione di soluto verso regioni a più alta concentrazione di soluto.

Ma perché il sistema raggiunge questa situazione di equilibrio? Si è raggiunto un equilibrio di forze. La pressione esercitata dalla colonna di s