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1 Chimica Fisica Equilibrio Liquido -Vapore e Tensione di Vapore Universita’ degli Studi di Camerino Corso PAS 2013 – 2014 classe di concorso A013 Relatore:

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1 1 Chimica Fisica Equilibrio Liquido -Vapore e Tensione di Vapore Universita’ degli Studi di Camerino Corso PAS 2013 – 2014 classe di concorso A013 Relatore: Iannaccone Angelo Camerino 27 marzo 2014

2 2 Equilibrio Liquido – Vapore e Tensione di Vapore

3 3 Distribuzione delle Velocità Le molecole del Liquido hanno una distribuzione di energia cinetica. Una frazione di molecole della superficie del liquido ha energia cinetica sufficiente per sfuggire all’attrazione molecolare

4 © Dario Bressanini4 Distribuzione e Temperatura

5 5 Tensione di Vapore Le molecole che rimangono hanno energia media minore, e quindi il liquido si raffredda. Del calore viene assorbito dall’ambiente, e altre molecole lasciano il liquido. Alcune delle molecole del gas colpiscono la superficie e ritornano nel liquido. Dopo un certo tempo, il numero di molecole che lasciano il liquido nell’unità di tempo è uguale al numero di molecole che ritornano al liquido Si è instaurato un EQUILIBRIO DINAMICO

6 © Dario Bressanini6

7 7 Tensione di Vapore La pressione del gas in equilibrio con il liquido viene chiamata Tensione di Vapore

8 8 Tensione di Vapore Se il recipiente è aperto, l’equilibrio non viene mai raggiunto, e il liquido evapora Se il recipiente è chiuso, la pressione del gas aumenta sino ad arrivare al valore di equilibrio

9 9 Tensione di Vapore e Volatilita’ Le sostanze volatili evaporano piu’ rapidamente Piu’ alta è la temperatura piu’ veloce l’evaporazione La Volatilita’ di una sostanza e’ correlata alle forze intermolecolari. Piu’ deboli sono le forze intermolecolari, piu’ veloce l’evaporazione. 0 o C 20 o C 30 o C  Dietiletere Press. Vap (torr)  Etanolo  Acqua

10 10 Esperimento

11 11 Esperimento

12 12 Punto di Ebollizione Il liquido entra in ebollizione quando la Tensione di vapore e’ uguale alla pressione esterna Il Punto di Ebollizione aumenta all’aumentare della pressione. Punto di Ebollizione Normale: pressione = 1 atm

13 13 Tensione di Vapore Evaporazione: le molecole sfuggono dalla superficie Ebollizione: il gas si forma anche all’interno del liquido

14 14 Ebollizione Solo quando la tensione di vapore raggiunge la pressione esterna, le bolle di vapore riescono, vincendo la pressione, a formarsi all’interno del liquido. E’ possibile far bollire un liquido aumentando la temperatura o diminuendo la pressione

15 15 Ebollizione

16 © Dario Bressanini16 Denis Papin nel 1682 inventa la Pentola a Pressione, completa di valvola di sfogo.Denis Papin nel 1682 inventa la Pentola a Pressione, completa di valvola di sfogo. In una normale pentola, la temperatura dell’acqua non supera mai i 100 °C. In una normale pentola, la temperatura dell’acqua non supera mai i 100 °C. Nella pentola chiusa ermeticamente, l’acqua evapora aumentando la tensione di vapore. Nella pentola chiusa ermeticamente, l’acqua evapora aumentando la tensione di vapore. La temperatura dell’acqua raggiunge i 120 °C e 2 Atm. La temperatura dell’acqua raggiunge i 120 °C e 2 Atm. Pentola a Pressione

17 17 Ebollizione a Bassa Pressione Attenzione se cucinate in alta montagna!!

18 18 Localita’ Altitudine (m) P.to Ebollizione H 2 O ( o C) Rimini Courmayeur Mt. Everest Ebollizione a Bassa Pressione

19 Diagramma di fase dell’acqua Diagramma di fase dell’acqua 19

20 20 Temperatura media: 218 K (-55 °C) Range: 140/300 K (-133/27 °C) Atmosfera: CO % N 2 2.7% N 2 2.7% Ar1.6% Ar1.6% O % O % H 2 O 0.03% H 2 O 0.03% Pressione media: 6 millibar MARTE I marziani non possono cucinare la pasta, a meno di usare la pentola a pressione!! Ebollizione a Bassa Pressione In queste condizioni l’acqua è solida o gassosa. Nelle zone a pressione più alta, l’acqua bolle a 10 °C.

21 21 Equazione di Clausius- Clapeyron

22 22 Equilibrio Liquido-Vapore Vogliamo una espressione matematica della curva di equilibrio Liquido-Vapore Consideriamo il gas in equilibrio con il liquido Per un liquido  l   l o Per un gas  g =  g o + RT ln(p)

23 23 Equazione di Clausius-Clapeyron Poiche’ Considerando due pressioni e temperature diverse (assumendo costanti i  vap )

24 Equazione di Clausius-Clapeyron Il grafico ln(p) vs 1/T e’ lineare Equazione di Clausius-Clapeyron ln(P 2 /P 1 )=( vap H/R)(1/T 1 - 1/T 2 ) Conoscendo  vap H, p 1 e T 1, possiamo calcolare p 2 e T 2 Conoscendo p 1, T 1, p 2 e T 2 possiamo calcolare  vap H

25 25 Equazione di Clausius-Clapeyron

26 26 Temperatura Critica Se aumentiamo la temperatura di un liquido in un recipiente chiuso, la pressione di vapore aumenta. La densita’ del gas aumenta, sino a raggiungere quella del liquido Alla Temperatura Critica non vi è più separazione tra liquido e vapore. Il fluido possiede proprietà simili a quelle di un liquido Vapore Liquido

27 27 Punto critico Al di sopra della temperatura critica si parla di Fluido Supercritico SostanzaT. Critica P. Critica (K) (atm) (K) (atm) Ammoniaca NH Argon, Ar CO Azoto, N Ossigeno, O Freon-12, CCl 2 F Acqua, H 2 O

28 28 I fluidi supercritici sono solventi eccezionali. I fluidi supercritici sono solventi eccezionali. La CO 2 supercritica viene usata per estrarre la caffeina dal caffè per preparare il caffè decaffeinato. La CO 2 supercritica viene usata per estrarre la caffeina dal caffè per preparare il caffè decaffeinato. L’acqua per preparare un espresso è a °C e 9 AtmL’acqua per preparare un espresso è a °C e 9 Atm Fluidi Supercritici Fluidi Supercritici


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