proprietà della materia stato gassoso: volume e forma in funzione del recipiente. forze di...
TRANSCRIPT
Proprietà della materia
• Stato gassoso: Volume e forma in funzione del
recipiente. Forze di interazione tra molecole deboli
• Stato liquido: Volume proprio e forma in funzione del
recipiente. Forze di interazione tra molecole medie.
• Stato solido: Volume e forma propri. Forze di
interazione tra molecole forti
Proprietà dei gas
• I gas sono miscibili tra loro in tutte le
proporzioni.
• Galileo dimostrò che i gas hanno una
massa.
• Legge generale dei gas: PV = nRT.
• Teoria cinetica dei gas.
Pressione
• Forza che agisce sulla unità di superficie. Es. libro di 2 Kg di dimensioni 20 cm x 25 cm x 5cm
a) lato 20 cm x 25 cm : P = 2000 g / 500 cm2 = 4 g/cm2
b) lato 20 cm x 5 cm : P = 2000 g / 100 cm2 = 20 g/cm2
c) lato 25 cm x 5 cm : P = 2000 g / 125 cm2 = 16 g/cm2
Alcune unità di misura:
Kg/cm2, Atmosfera, mm Hg, mm H2O, Pascal, PSI, ...
h = altezza della colonna di mercurio760 mm Hg
Pressione atmosferica
Vuoto barometrico
4
8
12
16
20
24
28
32
100 200 300 400 500 600 700 800
stratosfera
troposfera
Alt
itud
ine
(Km
)
Pressione (mm Hg)
(1,033 kg/cm2 )
Pressione
GAS GAS
VuotoPressione atmosferica
h = 250 mm Hg
P = 250 mm Hg
h = 150 mm Hg
Pgas + PHg = Patm
Pgas = Patm - PHg
Pgas = 760 mmHg - 150 mm Hg = 610 mm Hg
Diverse metodologie di misura della pressione
Diverse unità di misura della pressione
Unità di misura ufficiale
MPa (megaPascal, 106 x Pascal, 106 x N/m2 )
Alcune unità di misura alternative in uso:
Bar = 0,1 MPa
Atm (Atmosfere ) = 0,101325 MPa .
mm Hg = 0,00013332 MPa
kg/cm2 = 0,0980663 MPa .
PSI (libre/pollice2) = 0,0068947 MPa .
P = 760 mm Hg P = 760 mm Hg P = 760 mm Hg
h = 760 mm
h = 3 x 760 mm
Pa = Patm Pb = 2 Pa Pc = 4 Pa
Vc = Va /4 Vb = Va /2 Va
Legge di Boyle
Legge di Boyle
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15Volume (l)
Pre
ssio
ne
(atm
)P = 1 atm
V = 5 l
aria 1 atm
P = 2 atmV = 2,5 l
aria 1 atm
P = 3 atmV = 1,66 l
aria 1 atm
V = k1/P o PV = k1
Il volume di una data quantità di un gas a temperatura costante è inversamente proporzionale alla pressione a cui sottoposto P
· V
(l ·
atm
)
20
30
10
100 20 30 40 50
Gas ideale a -150°C
Gas ideale a 0°C
Gas ideale a 100°C
CO a 100°C
CO a 0°C
CO a -150°C
P (atm)
Legge di Boyle
T = costante
T = 50°CV = 1.2 V1
T = 100°CV = 1.4 V1
T = 0°CV = V1
Legge di Charles
1.41.21.0
100 200 3000-100-200-273
373 473 573273173730
Temperatura °C
Temperatura °K
12
24
A
B
1.41.21.0
1.41.21.0
Vol
ume
(l)
Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e volume dei gas
Temperatura assoluta
V = k TV = kT
T (K) = t (°C) + 273,15
t (°C) = T (K) - 273,15
100 200 3000-100-200-273
373 473 573273173730
Temperatura °C
Temperatura °K
1
2
A
B
Pres
sion
e (a
tm)
Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e pressione dei gas
Temperatura assoluta
P = k TP = kT
T (K) = t (°C) + 273,15
t (°C) = T (K) - 273,15
GAS
Pressione atmosferica
GAS
Pressione atmosferica
h =
760
mm
Hg
0 °C 273 °C
Legge di Gay-Lussac
Legge generale dei gas: legge di Avogadro
Combinando gli esperimenti precedenti si ottiene la formula generica:
P V = kn T
Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un uguale numero di molecole
P V = n R T
H2 + Cl2 = 2 HCl
Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un uguale numero di moli
Teoria cinetica dei gas
1Ec = mV2 2
Moto Browniano
T2
T1
Velocità
Num
ero
di m
olec
ole La pressione è la conseguenza degli urti delle
molecole sulle pareti del recipiente, maggiore è il numero o maggiore è la forza degli urti e maggiore è la pressione
Ad ogni temperatura l’energia cinetica media delle molecole è la stessa per ogni tipo di gas e per qualsiasi pressione
Pressioni parziali e volumi parzialiin miscele di gas diversi
at
a
t
aX
n
n
P
P
ndcba t ...PPPPPP
molare) (frazioneX a
V
RTnP aa
V
RTnP tt
at
a
t
aX
n
n
V
V
ndcba t ...VVVVVV
P
RTnV aa
P
RTnV tt
att
ata X P n
nPP at
t
ata X V n
nVV
LiquidiLiquidiEquilibrio liquido-vapore
h = 750 mm h = 732 mm h = 659 mm
Mercurio Acqua Tetraclorometano
Tensione di vapore
Pvap. = 750-732 = 18 mm Pvap. = 750-659 = 91 mm
0
2000
4000
6000
0 50 100 150
Temperatura (°C)T
ensi
on
e d
i va
po
re (
mm
Hg
)
2729x10-448657601457100
61x10-49205521640
12x10-4442189120
2x10-41858330
MercurioEtere etilico
acquatetracloro
metano°C
Variazione della tensione di vapore in funzione della temperatura
Temperature di ebollizione
76.5°C 100°C 34.5°C 356°C
Liquido
Vapore Punto di ebollizione : la tensione vapore eguaglia la pressione sovrastante
Punto di rugiada: la pressione parziale supera la tensione di vapore
es. condensa di umidità
acqua
etereetilico
tetraclorocarbonio
Grammi per metro cubo di vapore acqueo saturo
SolidiSolidiStrutture cristalline e amorfe
Esagonale Cubica Cubica a corpo centrato
Esempi di strutture cristalline comuni
Na
Cl
SS
S
SS
S
S
S.. ..
.. ...... ..
..
. .. .
. .. .
. .
. .
. .
. .
Molecola di zolfo
Grafite
Diamante
Silicio Ossigeno
Quarzo (biossido di silicio, SiO2)
Cloruro di Sodio, NaCl
SolidiSolidiEquilibrio solido-vapore
Temperatura (°C)
Ten
sion
e d
i vap
ore
(m
m H
g)
0-5-10-15-20-25-30
vapore
solido
0
2
4
6
Equilibrio solido-liquido
Temperatura (°C)0 0,01
Pre
ssio
ne
(atm
)
0,006
1
solido liquido
1,0
0,2
0,006
0 0.01 100Temperatura (°C)
Pre
ssio
ne
(atm
)
liquido
vaporePunto triplo
solido
Diagramma di stato dell’acqua
Calore (kj)
Riscaldamento del solido
Riscaldamento del liquido 7,5 kj
Liquido-vapore 41 kj
Riscaldamento del vapore
Solidoliquido
6 kj
Tem
per
atu
ra (
°C)
10 20 30 40 50 60
-20
0
20
40
60
80
100
Curva di riscaldamento di una mole di acqua da -20°C
Calore molare di fusione
Calore molare di evaporazione
Le Soluzioni Solvente : liquido presente in una soluzione in eccesso rispetto
agli altri componenti che vengono da questo disciolti
Soluto: sostanza che viene sciolta dal solvente e che costituisce uno dei componenti presenti in minor quantità nella soluzione
CONCENTRAZIONEpercentuale in peso, %
percentuale in volume, %v/vpercentuale peso / volume, %w/v
molarità, moli/litro, Mmolalità, moli/kg solvente, m
frazione molare, X
Percentuale in peso, %
es. l’acido cloridrico concentrato HCl al 36%
la soluzione contiene 36g di HCl per ogni 100g di soluzione.
Percentuale in volume, %v/v
es. l’alcol etilico al 95%la soluzione contiene 950ml di1alcol per ogni litro di soluzione.
Molarità, M(numero di moli di soluto
per litro di soluzione)
es. 2 M cloruro di sodio, NaCl1 mole = 58,5g
2 · 58,5 g =117 g in un volume finale di un litro d’acqua
Molalità, m(numero di moli di soluto
per 1000 g di solvente)
es. 2 m cloruro di sodio, NaCl1 mole = 58,5g
2 · 58,5 g =117 g da aggiungerea 1000 g d’acqua
CONCENTRAZIONE
Solubilità
La solubilità di un certo soluto in un certo solvente dipende dalla natura sia del soluto sia del solvente e di solito, ma non sempre, aumenta all'aumentare della temperatura.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Temperatura (°C)
Sol
ub
ilit
à (g
sol
uto
/100
g s
olve
nte
)
CaCl2 NaI KNO3
KCl
NaCl
Ce2(SO4)3
Solubilità di un gas
La solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas sul liquido ed inversamente proporzionale alla temperatura
A 37°C e ad 1 atm
0,012 ml N2 / ml H2O ==> 0.012 x 0,80 = 0,0096 ml N2 /ml H2O
0,024 ml O2 / ml H2O ==> 0,024 x 0,20 = 0,0048 ml O2 / H2O
a 40 m di profondità:
la solubilità aumenta di 5 volte in quanto la pressione raggiunge le 5 atm
(1 dell’aria sovrastante e altre quattro dovute alla colonna d’acqua)
Na
Cl
Solubilizzazione di un sale
OH
HO H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
O
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
O H
H
OH
HOH
H
OH
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
O
H
H
OH
H
OH
HLa solubilità è influenzata dal solvente:
Il simile scioglie il suo simile.
Sostanze polari solubili in solventi polari
Sostanze apolari solubili in solventi apolari
Alcol formulasolubilità
g per 100 g di acquametanolo CH3-OH miscibileetanolo CH3CH2-OH miscibile
1-propanolo CH3 CH2CH2-OH miscibile1-butanolo CH3 CH2 CH2CH2-OH 7,91-pentanolo CH3 CH2 CH2 CH2CH2-OH 2,31-esanolo CH3 CH2 CH2 CH2 CH2CH2-OH 0,61-eptanolo CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2CH2-OH 0,21-ottanolo CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2CH2-OH 0,05
Solubilità e polarità
La solubilità è influenzata dal solvente:
Il simile scioglie il suo simile.Sostanze apolari solubili in solventi apolari
OH
H
OH
H
OH
HO
H
H
OH
H
OC
H
HC
H
H
HCH
HH C
H
HC
H
HC
H
H
O
CH
H
HCH
HH
O
CH
HC
H
H
HCH
HH C
H
HC
H
HC
H
H
O
CH
HC
H
H
HCH
HH C
H
HC
H
HC
H
H
O
CH
HC
H
H
HCH
HH C
H
HC
H
HC
H
HO
H
H
O H
H
OH
HOH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
O H
H
OH
HOH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
O
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
O H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
HO
H
H
O
H
H
OH
H
OH
H
O H
HO H
H
OH
H
OH
HOH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
HOH
HOH
H
OH
HOC
H
HC
H
H H
CH
H
H
CH
H
CH
H
CH
H
1-esanolo
etanolo
Solubilità e polarità
Il simile scioglie il suo simile.
O
CH
H
HCH
HH
Proprietà colligative delle soluzioni
1) Tensione di vapore2) Innalzamento ebullioscopio3) Abbassamento crioscopico
4) Pressione osmotica
Tutte dipendono dal numero di particellein soluzione,tenendo conto dell’eventuale
dissociazione in ioni.
Tensione di vapore delle soluzioni
Psol = Pa · Xa + Pb · Xb
Se il soluto non è volatile
P sol =Pa · Xa
P = Pa - Psol
PXb = ----
Pa
Abbassamento della tensione di vaporeInnalzamento ebullioscopioAbbassamento crioscopico
1,0
0,2
0,006
0 0.01 100Temperatura (°C)
Pre
ssio
ne
(atm
)
liquido
vaporesolido
Diagramma di stato dell’acqua
teb = keb · mtf = kf · m
Per l’acqua kf = -1,86 Per l’acqua keb = 0,52
OsmosiPressione Osmotica
P
Membranasemipermeabile
H2OSoluzione disaccarosio
= c R T
V = n R T
Soluzione salina fisiologicaNaCl 0,15 M
= c R T= 2 · 0,15 · 0.0821 · (273 + 37) = 7,64
La pressione osmotica dipende dal numero di particelle in soluzionequindi bisogna tenere conto della dissociazione dei composti