Esercizio -...

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Data una massa m = 8,8 mg di CO2, calcolare: 1)  il numero di moli

2)  il numero di molecole

Esercizio

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•  volume occupato dalle molecole è trascurabile;

•  forze di attrazione tra molecole sono trascurabili;

•  gli urti tra molecole sono elastici:

urti elastici urti non elastici

In pratica:

ogni gas a temperatura elevata e molto rarefatto si comporta come un gas perfetto

GAS PERFETTO

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numero di moli

temperatura assoluta (K)

R è la costante dei gas perfetti

Sistema Internazionale

Unità pratiche: volume ⇒ litri pressione ⇒ atm

EQUAZIONE DI STATO DI UN GAS PERFETTO

pV = nRT

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Sia data una miscela di gas in un recipiente di volume V a temperatura T:

Pressione parziale del componente i-esimo è la pressione che eserciterebbe il costituente i se da solo occupasse tutto il volume

Legge di Dalton: la pressione totale di una miscela di gas è pari alla somma delle pressioni parziali di ciascun componente della miscela:

€

p = p1 + p2 + ...=

MISCELA DI GAS

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€

p = p1 + p2 + ...= n1RTV

+ n2RTV

+ ...=

MISCELA DI GAS

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€

p = p1 + p2 + ...= n1RTV

+ n2RTV

+ ...= (n1 + n2 +) RTV

=

MISCELA DI GAS

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Si deduce che

€

p = p1 + p2 + ...= n1RTV

+ n2RTV

+ ...= (n1 + n2 +) RTV

= n RTV

MISCELA DI GAS

Frazione molare

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Componente fr. molare Componente fr. molare

Azoto (N2) 78,00 % Argon (Ar) 0,97 %

Ossigeno (O2) 20,93 % An. Carbonica (CO2) 0.03 %

Esempio: aria a 15 oC, p = 1 atm, al livello del mare:

In pratica, nota la pressione totale di una miscela di gas (se non e’ nota si puo’ misurare!), la pressione parziale di un qualsiasi componente della miscela e’ sempre calcolabile moltiplicando la pressione totale per la frazione percentuale di tale componente

+ vapore acqueo (0,1 % ÷ 2 %)

p(N2) = 0.78 x 1 atm = 0.78 atm = 593 mmHg P(02) = 0.21 atm x 1 atm = 0.21 atm = 160 mmHg p(Ar) = 0.001 x 1 atm = 0.001 atm = 0.76 mmHg p(CO2) = 0.0003 x 1 atm = 0.0003 atm = 0.23mmHg

PRESSIONE PARZIALE

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In una soluzione:

•  ni moli di soluto

•  no moli di solvente

Soluzione diluita: ni << no

SOLUZIONI DILUITE

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% (grammi soluto / 100 g di soluzione % vol. (ml di soluto / 100 ml soluzione

g/litro moli/litro (molarità)

Esempio:

Concentrazione di soluti nel plasma

totale

CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE

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DIFFUSIONE LIBERA Le molecole sia del soluto sia del solvente in una soluzione sono animate dai moti disordinati di agitazione termica si muovono in ogni direzione in modo casuale a causa dell’agitazione termica

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DIFFUSIONE LIBERA Le molecole sia del soluto sia del solvente in una soluzione sono animate dai moti disordinati di agitazione termica si muovono in ogni direzione in modo casuale a causa dell’agitazione termica

Si consideri una soluzione con iniziale gradiente di concentrazione tra due compartimenti

All’equilibrio le concentrazioni sono uguali

La migrazione di soluto fino a equilibrare le concentrazioni avviene per agitazione termica!

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E`un fenomeno di diffusione selettiva attraverso una membrana semipermeabile (permeabile al solvente ma non al soluto).

H2O

C6H12O6

Membrana semipermeabile:

consente il passaggio di H20

ma non di C6H12O6 p π

OSMOSI

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H2O

C6H12O6



ma non di C6H12O6 p π

OSMOSI

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H2O

C6H12O6



ma non di C6H12O6

All’equilibrio:

la pressione idrostatica p=dgΔh è

bilanciata dalla pressione osmotica

π

p π

π=dgΔh

OSMOSI

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Se la soluzione e` diluita: π·V = δ·nRT (Van’t Hoff) •  δ = coefficiente di dissociazione elettrolitica (δ=1 per soluto non dissociato)

•  a T= costante, π è proporzionale a n/V ( = concentrazione moli/litro)


H2O

C6H12O6



ma non di C6H12O6

All’equilibrio:

la pressione idrostatica p=dgΔh è

bilanciata dalla pressione osmotica

π

p π

π=dgΔh

OSMOSI

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Molte membrane biologiche sono selettive:

•  pareti capillari ed intestinali

•  membrana alveolare

•  membrana cellulare

•  tubuli renali

La diffusione di sostanze dipende dalla differenza di

pressioni idraulica ed osmotica tra i due lati della

parete

OSMOSI NEI SISTEMI BIOLOGICI

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Le soluzioni iniettate per via endovenosa devono avere la medesima pressione osmotica del plasma

soluzioni ISOTONICHE

stessa concentrazione (moli/litro) del plasma

(se la temperatura e’ la medesima)

SOLUZIONI ISOTONICHE

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 soluzione ipertonica ⇒

 soluzione ipotonica ⇒


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 soluzione ipertonica ⇒ atrofizzazione dei globuli rossi

 soluzione ipotonica ⇒ emolisi dei globuli rossi


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Quanti grammi di glucosio (C6H12O6) vanno disciolti in un litro di acqua per avere una soluzione isotonica al sangue ?

Esercizio

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Meccanismo attraverso il quale miscele gassose (es. O2, N2, CO2) diffondono nei liquidi del corpo umano attraverso membrane

permeabili ai gas

membrana alveolare

membrana capillare

Legge di Henry: a temperatura costante, la quantità di gas disciolta in un liquido è proporzionale alla pressione parziale del gas sul liquido

DIFFUSIONE DI GAS NEI SISTEMI BIOLOGICI

alveoli aria

sangue

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Meccanismo attraverso il quale miscele gassose (es. O2, N2, CO2) diffondono nei liquidi del corpo umano attraverso membrane

permeabili ai gas

membrana alveolare

membrana capillare

Legge di Henry: a temperatura costante, la quantità di gas disciolta in un liquido è proporzionale alla pressione parziale del gas sul liquido.

gas s (0 oC)

(cm3/atm) s (40 oC)

(cm3/atm)

O2 4,9 2,3 N2 2,4 1,2 CO2 170 53

V = volume di gas disciolto in 100 ml;

p = pressione parziale del gas;

s = coefficiente di solubilità.


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aria alveolare gas frazione molare pressione parziale N2 80,4 % 573 mmHg

O2 14,0 % 100 mmHg CO2 5,6 % 40 mmHg

H2O vapor saturo 47 mmHg

Totale 760 mmHg

Esempio: diffusione attraverso la membrana alveolare

Il volume di N2 disciolto in 100 ml di sangue è

(legge di Henry):

Per un individuo di massa pari ad 80 kg

(67 % di H2O):

Nota: il volume di azoto disciolto nel sangue aumenta durante le immersioni subacquee e viene eliminato durante la risalita.

risalita veloce embolia gassosa


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FENOMENI ELETTRICI

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L'atmosfera è continuamente sede di fenomeni elettrici e magnetici che vanno dal semplice accumulo di cariche elettrostatiche alle scariche dei fulmini durante i temporali

Nelle giornate secche e ventose l'accumulo di cariche elettrostatiche sugli abiti o sugli oggetti può portare alla creazione di differenze di potenziale il cui effetto si sente sotto forma di piccole correnti

L’ipotesi e lo studio delle proprieta’ elettriche e magnetiche della materia si sviluppo’ a partire dall’osservazione di questi fenomeni che non trovavano spiegazione nella fisica allora nota (meccanica classica)

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CARICA ELETTRICA

Tutto ciò che ha a che fare con l’elettricità trae origine da una proprietà della materia chiamata carica elettrica (simbolo q)

In natura esistono due tipi di carica elettrica: positiva e negativa. Sperimentalmente si osserva che cariche uguali si respingono, cariche opposte si attraggono

>> Unita’ di misura nel S.I.: Coulomb [C]

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DOVE SI TROVA LA CARICA ELETTRICA?

Elettroni

Nucleo

NEGLI ATOMI

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DOVE SI TROVA LA CARICA ELETTRICA?

Elettroni

Nucleo

NEGLI ATOMI

DI CHE COSA SIAMO FATTI? DI ATOMI

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Nei sistemi biologici la forza elettrica interviene nella trasmissione degli impulsi nervosi, nella contrazione delle fibre muscolari, nei meccanismi di trasferimento cellulare

FENOMENI ELETTRICI ALLA BASE DELLA MATERIA VIVENTE E NON

Forze elettriche tengono legati gli elettroni in un atomo e gli atomi in una molecola determinando le proprieta’ chimiche di tutte le sostanze

Elettroni

Nucleo

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L’ATOMO

Nel suo stato normale, un atomo contiene lo stesso numero di protoni e di elettroni, ed è quindi elettricamente neutro

Un atomo di ossigeno è costituito da un nucleo con 8 protoni e 8 neutroni intorno a cui orbitano 8 elettroni. La carica sua totale è quindi

Q = 8x(1.6 10-19 C) + 8x(-1.6 10-19 C) + 8x0 C = 12.8 10-19 C - 12.8 10-19 C = 0 C

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CARICA ELETTRICA

Tutto ciò che ha a che fare con l’elettricità trae origine da una proprietà della materia chiamata carica elettrica (simbolo q)

In natura esistono due tipi di carica elettrica: positiva e negativa Sperimentalmente si osserva che cariche uguali si respingono, cariche opposte si attraggono

>> Unita’ di misura nel S.I.: Coulomb [C]

La carica elettrica non si crea ne’ si distrugge ma si trasferisce da un corpo all’altro

Corpi carichi: negativamente ⇒ eccesso di elettroni

positivamente ⇒ carenza di elettroni

Corpi neutri: equilibrio tra cariche positive e cariche negative

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ELETTRIZZAZIONE DEI CORPI

Tale separazione di carica avviene per esempio quando sostanze dissimili vengono strofinate una contro l’altra: se si strofina una bacchetta di vetro con un tessuto di seta, alcuni elettroni si trasferiscono dal vetro alla seta lasciando il vetro carico positivamente e la seta negativamente

Altri esempi osservabili nella vita quotidiana:   se si fa scorrere vigorosamente un pettine tra i capelli asciutti questi ultimi si elettrizzano   se strofiniamo su della lana un oggetto di plastica, esso si carica elettricamente ed attira o respinge piccoli frammenti di carta

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CARICA ELETTRICA DI UN CORPO

Poiché la carica elettrica Q di un corpo rappresenta un eccesso o un difetto di elettroni, Q sarà sempre uguale ad un multiplo intero (positivo o negativo) della carica dell’elettrone (qe)

Esercizio

Una bacchetta di vetro strofinata con un panno acquista una carica elettrica Q=3.2·10-10 C. Quanti elettroni si trasferiscono dal vetro al panno?

(3.2 · 10-10 C)/(1.6 · 10-19 C) = 3.2/1.6 · 10-10+19 = 2 · 109

|qe| = 1.6 · 10-19 C

N= Q/|qe| =

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INTERAZIONE TRA CARICHE

Questo vuol dire che oggetti carichi esercitano una forza l’uno sull’altro

+ q2

- q1

- q2

- q1 Oggetti con carica dello stesso segno si respingono

Oggetti con carica di segno opposto si attraggono

+q2

+q1

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FORZA DI COULOMB In analogia con la forza di gravitazione universale

MA

•  la forza che agisce tra due cariche elettriche e’ molto piu’ intensa la costante deve essere molto piu’ grande di G

•  la forza che agisce tra due cariche elettriche e sia attiva sia repulsiva (attiva se le cariche hanno segno opposto, repulsiva se le cariche hanno lo stesso segno)

€

Fg =G m1m2

r 2

€

FCoulomb = k0q1q2r 2

con

€

k0 = 9 ⋅109N ⋅m 2 /C 2 nel vuoto

nella materia k < k0, la materia, essendo fatta di cariche elettriche, la materia scherma la forza di Coulomb

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IONI La perdita di uno o più e+ trasforma gli atomi in ioni positivi L’acquisizione di uno o più e+ trasforma gli atomi in ioni negativi

Na Cl

e-

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IONI

Sodio cede un elettrone al Cloro

La perdita di uno o più e+ trasforma gli atomi in ioni positivi L’acquisizione di uno o più e+ trasforma gli atomi in ioni negativi

Si formano così gli ioni Na+ e Cl-

Na Cl

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IONI

FE

Na+ Cl-



Si formano così gli ioni Na+ e Cl- Avendo carica opposta tali ioni si attraggono

Si forma così un composto ionico detto Cloruro di sodio (sale da cucina) Na Cl

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IONI

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Na+ Cl-



Si formano così gli ioni Na+ e Cl- Avendo carica opposta tali ioni si attraggono

Si forma così un composto ionico detto Cloruro di sodio (sale da cucina)

•  Ioni Na+ e Cl- si trovano anche nel plasma sanguigno •  Ioni Na+ e K+ giocano un ruolo fondamentale nella trasmissione dell’impulso nervoso

Na Cl

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