GLI STATI DI AGGREGAZIONE DELLA

MATERIA

Lo stato liquido

2

Lo stato liquido

� Liquidi: energia dei moti termici confrontabile con quella delle forze coesive.

� Limitata libertà di movimento delle molecole, che determina una struttura disordinata nel complesso, con un certo grado d’ordine a corto raggio.

� Molecole di un liquido in continuo movimento: origine dei moti browniani.

� Isotropia (stesse proprietà fisiche in tutte le direzioni)

3

Lo stato liquido

Liquidi: vengono classificati in base alla natura delle particelle costitutive e delle loro reciproche interazioni:

L. ionici formati da ioni (sali fusi)L. metallici (metalli fusi)L. molecolari semplici (molecole interagenti con forze di

V. d. W)L. molecolari con legame a idrogeno (acqua, alcoli,..)

4

Ordine a corto raggio

Proprietà dei liquidi

�Pressione di vapore (Tensione di vapore)�Tensione superficiale�Viscosità

5

La pressione di vapore

6

La pressione di vapore

In un recipiente chiuso contenente un liquido, dopo un certo tempo,

v evaporazione = v condensazione

Quando si raggiungono le condizioni di equilibrio (a T costante), la pressione esercitata dalla molecole nella fase di vapore è chiamata pressione di vapore o tensione di vapore del liquido.

La temperatura alla quale la pressione di vapore risulta uguale a quella esterna è chiamata temperatura di ebollizione (in particolare essa è chiamata temperatura normale di ebollizione se la pressione esterna è uguale a 1 atm).

7

La pressione di vapore: dipendenza da Tvevap ∝ n° molecole con Ec ≥ E*

E* = ∆Hvap(o Lvap). Questo è il calore o energia di vaporizzazione, cioè il calore (o energia) che il liquido deve assorbire per passareallo stato gassoso

Dalla distribuzione di Maxwell Boltzman:

vevap =

vcond ∝ concentrazione ∝ pressione � vcond = c2P

vevap = vcond �

P =

RT

Hvap

ec∆

−1

RT

Hvap

Ae∆

−

8

Effetto della temperatura sullapressione di vapore

9

La tensione superficialeTensione superficiale (γγγγ) è definita come l’energia richiesta per aumentare l’area della superficie del liquido di una unità.Si misura pertanto in J/m2 oppure in N/mSi parla di tensione interfacciale quando si fa riferimento all’interfaccia tra due liquidi immiscibili o tra un solido e un liquido

origine “molecolare”

L’energia delle molecole sulla superficie è maggiore di quella delle molecole nella massa (bulk)

10

Manifestazioni della tensione interfacciale

11

I tensioattivi

CH3

O- ONa

+

Coda APOLARE testa POLARE

CH3

SO3- Na+

acqua

olio

acqua

12

Manifestazioni della tensione interfacciale: la capillarità

In A, le forze di adesione con il vetro sono più forti delle forze di coesione tra le particelle del liquido

A B

13

La viscosità

v=0

x

v

Si può definire la viscosità di un liquido come sua la resistenza allo scorrimento. Se supponiamo il fluido come diviso in tanti strati paralleli che scorrono l’uno sull’altro, la viscosità misura l’attrito che gli strati di liquido incontrano nel loro moto relativo.

14

La viscosità

In genere la viscosità diminuisce all’aumentare di T

La viscosità è influenzata da:�forma e dimensioni delle molecole�forze intermolecolari che permettono il facile (bassa viscosità) o difficile (alta viscosità) scorrimento di uno strato di liquido sull’altro.

15

Le soluzioni

Definiamo SOLUZIONE un qualunque sistema a più componenti fisicamente omogeneo, ovvero una qualsiasi fase in cui sono presenti più specie chimiche.

Possono essere sistemi solidi, liquidi e gassosi, ma comunementesi parla di SOLUZIONI LIQUIDE.

In una soluzione si indica come solvente il componente che ha lostesso stato di aggregazione di questa e come soluto l’altro (o gli altri) componenti.

Nel caso di due o più componenti presenti nello stesso stato di aggregazione si indica come solvente quello presente in maggiorequantità.

16

La composizione di una soluzione viene definita indicando le quantitàrelative dei componenti. La composizione di una soluzione è definita in modo quantitativo mediante la concentrazione.

La concentrazione indica la quantità di soluto, espressa in unità di peso, di volume o in moli, disciolto in un certo volume o peso di soluzione o di solvente puro.

Soluzioni e modi di esprimere la composizione

Solventeliquido

nel quale viene omogeneamente disperso un

Solutosolido liquidogassoso

Soluzione

17

�==

i

i

tot

ii m

mmm

W 1Wi i =�

Con si indica mi la massa in grammi del componente i-esimo. Le frazioni ponderali assumono sempre valori compresi fra 0 e 1.Per passare alla % in peso bisogna moltiplicare per 100.

Soluzioni e modi di esprimere la composizione

♦ Frazione ponderale

Con ni numero il numero di moli del componente i-esimo. Le frazioni molari assumono sempre valori compresi fra 0 e 1.

�==

i i

i

tot

ii n

nnn

X 1X ii

=�

Frazione molare♦

18

100(ml) soluzione volume

(ml) soluto volume %) (volume %Vi ⋅=

Percentuale in volumeIndica il volume di soluto (in millilitri) contenuto in 100 ml di soluzione:

Parti per milione (ppm)Quando la quantità di soluto è molto piccola, essa viene spesso indicata in parti per milione:

4i

6i 10 %w10

(g) soluzione massa(g) soluto massa

massa)(in ppm ⋅=⋅=

4i

6i 10 %V10

(ml) soluzione volume(ml) soluto volume

)(in volume pmp ⋅=⋅=

♦

♦

19soluzione

i'i V

mC =

Concentrazione in grammi/litro

1000g

nm

solvente

ii =

MolalitàEsprime il numero di moli di soluto contenute in 1 Kg di solvente.

soluzione

i

ii Vn

MC ==

Molarità (mol/l)Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1litro di soluzione.

♦

♦

♦

La concentrazione molare di una specie si può indicare riportando il corrispondente simbolo chimico tra parentesi quadra: [X]

20

Effetto della pressione sulla solubilità: quasi nullo per i liquidi e i solidi, può essere rilevante invece per i gas.

Effetto della temperatura sulla solubilità: S aumenta al crescere di T se il processo di dissoluzione è endotermico, viceversa S diminuisce se il processo è esotermico (come per i gas).

La solubilità (S)Solo per alcune coppie di liquidi (acqua-etanolo, benzene-toluene) si ha una reciproca solubilità illimitata.Scelto un determinato solvente, tenendo costante T, esiste un limite alla quantità di una sostanza che si può sciogliere formando un’unica fase omogenea.

SOLUBILITA’ (S) = massima quantità di una sostanza che può essere aggiunta ad un solvente senza che si abbia separazione di fase (ad una data T).

21

Effetto della pressione sulla solubilità di un gas

Ad una data temperatura la solubilità di un gas aumenta all’aumentare della pressione.

22

Effetto della temperatura

sulla solubilitàdi alcuni sali