Stati di aggregazione della materia

Stati di aggregazione della materia

L'esistenza dei tre stati di aggregazione è dovuta:

• all'energia di legame, che tende a mantenere vicini gli atomi o le molecole
• all'energia cinetica, che tende ad allontanarli

SOLIDI LIQUIDI AERIFORMI hanno forma propria non hanno forma propria non hanno forma propria hanno volume proprio hanno volume proprio non hanno volume proprio incomprimibili incomprimibili comprimibili indiffusibili lentamente diffusibili rapidamente diffusibili immiscibili immiscibili, parzialmente miscibili, miscibili miscibili

Solidi cristallini

• solidi ionici
• solidi molecolari
• solidi covalenti
• solidi metallici

Gli ioni, gli atomi o le molecole che compongono il cristallo sono disposti in una struttura reticolare compatta, ordinata e periodica, nella quale ogni particella occupa una posizione precisa (nodo reticolare), intorno alla quale può solo moderatamente oscillare.

Solidi che non hanno una distribuzione geometrica regolare nello spazio (come i vetri) sono detti amorfi.

Stati di aggregazione della materia

L'esistenza dei tre stati di aggregazione è dovuta:

• l'energia di legame, che tende a mantenere vicini gli atomi, o le molecole
• l'energia cinetica, che tende ad allontanarli

SOLIDILIQUIDIAERIFORMIhanno forma proprianon hanno forma proprianon hanno forma propriahanno volume propriohanno volume proprionon hanno volume proprioincomprimibiliincomprimibilicomprimibiliindiffusibililentamente diffusibilirapidamente diffusibiliimmiscibiliparzialmente miscibili o miscibilimiscibili

Solidi cristallini

• solidi ionici
• molecolari
• covalenti
• metallici

Gli ioni, gli atomi o le molecole che compongono il cristallo sono disposti in una struttura reticolare compatta, ordinata e periodica, nella quale ogni particella occupa una posizione precisa (nodo reticolare), intorno alla quale può solo moderatamente oscillare.

Solidi che non hanno una distribuzione geometrica regolare nello spazio (come i vetri) sono detti amorfi.

I solidi ionici, composti da ioni positivi e negativi, non conducono allo stato solido, ma conducono se fusi o messi in soluzione, poiché l'attrazione elettrostatica è forte, le sostanze di natura ionica sono sempre solide a temperatura ambiente ed hanno un alto punto di fusione.

I solidi molecolari, costituiti da molecole polari o apolari, che si attraggono con legami dipolo-dipolo, forze di van der Waals, forze di London, legami ad idrogeno. Questi solidi hanno punti di fusione bassi e non sono conduttori né allo stato solido né a quello liquido.

I solidi covalenti sono caratterizzati da una rete tridimensionale di legami covalenti (ad esempio il diamante e il quarzo). Questi cristalli sono molto duri, hanno punti di fusione molto alti e non sono conduttori (infatti tutti gli elettroni esterni sono impiegati in legami covalenti semplici).

I solidi metallici, sono composti da ioni positivi immersi in una nube elettronica (o in un mare di elettroni) che si estende in tutto il cristallo. La proprietà fondamentale che ci consente di riconoscere i cristalli metallici, è la loro buona conducibilità sia elettrica sia termica. Sono inoltre caratterizzati da una superficie lucente, hanno punti di fusione variabili da alti a bassi e variano da molto duri a teneri. Soluzioni di più metalli allo stato solido sono chiamate leghe.

Uno strato di ioni positivi può essere fatto scivolare su un altro senza provocare rottura:

questo ne caratterizza la capacità di essere malleabili e duttili, la capacità di forgiare lamine sottili o fili sottili.

Esercitazione 4

Se invece facciamo slittare un solido ionico, la repulsione tra le cariche dello stesso segno provoca la separazione degli strati e il cristallo si spacca.

Ci sono inoltre i semi-conduttori e gli isolanti.

I semi-conduttori sono chiamati così perché hanno smarrito la caratteristica di condurre, ma affinché questo avvenga bisogna fornirgli dell'energia, affinché gli elettroni all'interno del reticolo possano passare dalla banda di valenza a quella di conduzione.

Banda di conduzione

Semi-conduttore

energia fornita

Banda di valenza

Se invece fornissemo di troppa energia, il semi-conduttore dopo non risolveremmo nulla perché parte degli elettroni andrebbe persa, poiché l'energia fornita gli fa rompere i legami.

Gli isolanti invece necessitano di molto più energia, ma poiché gli elettroni usano quest'energia per rompere i legami, gli isolanti hanno la completa incapacità di condurre.

Isolante

Banda di conduzione

energia da fornire

Banda di valenza

Massimo impacchettamento è la condizione che gli atomi cercano di raggiungere in un solido cristallino. Solo i poligoni regolari (triangolo, quadrato ed esagono) riescono a formare un "pavimento continuo".

Schema sui solidi cristallini:

A SECONDO DEI LEGAMI, I SOLIDI POSSONO ESSERE

• IONICI
  • HANNO IONI MOLTO UNITI
  • FONDONO AD ALTE TEMPERATURE
  • SONO DURI E FRAGILI
  • NON CONDUCONO ELETTRICITÀ E CALORE (SE NON SI SCIOGLI)
  • ESEMPIO: IL SALE DA CUCINA
• MOLECOLARI
  • HANNO LEGAMI DEBOLI
  • FONDONO A BASSE TEMPERATURE
  • ESEMPI: LEGNO, ZUCCHERI
• COVALENTI
  • HANNO 1 TIPO DI ATOMO O POCHI TIPI
  • FONDONO AD ALTE TEMPERATURE
  • SONO DURI E INSOLUBILI IN ACQUA
  • ESEMPIO: IL QUARZO
• METALLICI
  • HANNO LEGAMI FORTI TRA GLI ATOMI (CI SONO GLI UNI SUGLI ALTRI)
  • PERCIOÈ SONO LAVORABILI
  • CONDUCONO ELETTRICITÀ E CALORE (ANCHE ALLO STATO SOLIDO)
  • SONO LUCIDI PER LA NUVOLA DI ELETTRONI

Lo stato gassoso è esprimibile tramite il valore di funzioni di stato quali: volume, temperatura e pressione.

Una funzione di stato è una grandezza fisica che dipende solo dallo stato del sistema e non dal modo in cui il sistema ha raggiunto tale stato.

1. La legge di Boyle (legge isoterma) afferma che, a temperatura costante il volume di una data massa di gas è inversamente proporzionale alla pressione: PV = k
2. La legge di Charles o I legge di Gay-Lussac (legge isobara) afferma che, a pressione costante, il volume di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta: V = kT
3. La II legge di Gay-Lussac (legge isocora) afferma che, a volume costante, la pressione di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta: P = kT

Si definiscono condizioni normali (c.n.) di un gas la temperatura di 0°C e la pressione 1 atm (1,013 bar).

1 atm = 760 torr                              760 torr = 760 mmHg                10⁵ Pa = 1 bar

Un gas è definito ideale se segue la legge di Boyle:

PV = uRT       R costante universale dei gas       R = L°atm / mol°K

Questa relazione è definita equazione di stato dei gas ideali.