Stati della materia, solubilità, proprietà colligative

Le trasformazioni di fase

Sono possibili tutti i passaggi di stato diretti per tutti i tre principali stati della materia.

Il calore scambiato nelle trasformazioni di fase

Il calore scambiato in una fase da una sostanza al variare della temperatura a pressione costante modifica essenzialmente il contenuto entropico della sostanza. Durante le trasformazioni di fase, la temperatura permane costante, il calore scambiato è relativo alle modificazioni entalpiche delle forze intermolecolari (ad esempio DeltaH fusione/congelamento, DeltaH fusione/condensazione).

Riscaldare significa andare ad alzare i gradi di disordine interno di un sistema allo stato solido (con l’aumento della temperatura aumenta l’entropia, si attivano i moti di energia legati al disordine di natura vibrazionale). Arrivati alla temperatura di fusione il contenuto termico della vibrazione del solido eguaglia in quantità di energia le forze intermolecolari che tengono insieme il sistema.

Un’ulteriore aggiunta di calore è in grado di sganciare le molecole le une dalle altre, permettendo quel passaggio di stato che trasforma la sostanza fornendogli una quantità di calore che non innalza ulteriormente la temperatura ma serve a modificare lo stato solido in stato liquido (trasformazione di fase: si passa da solido con poca entropia a liquido con tanta entropia). Allo stesso modo, un’ulteriore aumento di calore comporta il passaggio da liquido a gassoso, e così via.

Diagrammi di fase

Muovendosi all’interno dell’area definita da pressione (p) e temperatura (T), si trovano le differenti zone di stabilità termodinamica di una fase rispetto alle altre. Il diagramma di fase di H₂O: si noti la presenza di un punto triplo (0.0098°C, 0,006 atm), in cui risulta possibile transire nei tre stati della materia, e di un punto critico (fluido supercritico).

Gli stati della materia

• Solido: possiede forma e volume ben definiti (non sono espandibili, poiché le varie molecole si toccano le une con le altre e sono compattate, non si muovono liberamente. L’unico disordine riscontrato è quello vibrazionale di distorsione dei legami all’interno di una sola molecola o di piccoli oscillamenti di una molecola rispetto alle altre nei punti di equilibrio).
• Liquido: possiede una forma non definita ed un volume definito (le molecole si toccano in modo ravvicinato ma le singole molecole sono libere di muoversi all’interno del volume definito).
• Gas: possiede forma e volume non definiti (le molecole sono distinte e libere di muoversi, si urtano le une con le altre e tra di esse vi sono dei vuoti).

Lo stato solido

Differenziamo essenzialmente quattro classi di sistemi solidi:

• Ionici: Solidi (sali, molecole e ioni formula caratterizzati da una compresenza di atomi o intere molecole ironicamente cariche in modo negativo e positivo che si attraggono o respingono all’interno di un reticolo solido).
• Metallici: Solidi (elementi 0 valenti, non del blocco p, con bassa elettronegatività).
• Molecolari: Solidi (ad esempio il ghiaccio o il glucosio a determinate temperature).
• Covalenti: Solidi (alcune fasi elementari, come il carbonio come diamante o grafite, in cui ogni atomo di esso risulta essere legato con un legame covalente ad altri atomi di carbonio).

Sistemi cristallini

Un solido è definito cristallino quando è possibile riconoscere in esso una regolarità strutturale (un ordine spaziale) di posizione degli atomi o delle molecole che lo costituiscono, la quale si riproduce periodicamente nello spazio.

Sistemi amorfi

Si definiscono amorfi i sistemi solidi in cui non è presente un ordine strutturale periodico. Le strutture molecolari costituenti il solido risultano così essere or...