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Proprietà della materia Stato gassoso: Volume e forma in funzione del recipiente. Forze di interazione tra molecole deboli Stato liquido: Volume proprio.

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1 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

2 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.

3 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 cm 2 = 4 g/cm 2 b) lato 20 cm x 5 cm : P = 2000 g / 100 cm 2 = 20 g/cm 2 c) lato 25 cm x 5 cm : P = 2000 g / 125 cm 2 = 16 g/cm 2 Alcune unità di misura: Kg/cm 2, Atmosfera, mm Hg, mm H 2 O, Pascal, PSI,...

4 h = altezza della colonna di mercurio 760 mm Hg Pressione atmosferica Vuoto barometrico 4 8 12 16 20 24 28 32 100200300400500600700800 stratosfera troposfera Altitudine (Km) Pressione (mm Hg) (1,033 kg/cm 2 ) Pressione

5 GAS Vuoto Pressione atmosferica h = 250 mm Hg P = 250 mm Hg h = 150 mm Hg P gas + P Hg = P atm P gas = P atm - P Hg P gas = 760 mmHg - 150 mm Hg = 610 mm Hg Diverse metodologie di misura della pressione

6 Diverse unità di misura della pressione Unità di misura ufficiale MPa (megaPascal, 10 6 x Pascal, 10 6 x N/m 2 ) Alcune unità di misura alternative in uso: Bar = 0,1 MPa Atm (Atmosfere ) = 0,101325 MPa. mm Hg = 0,00013332 MPa kg/cm 2 = 0,0980663 MPa. PSI (libre/pollice 2 ) = 0,0068947 MPa.

7 P = 760 mm Hg h = 760 mm h = 3 x 760 mm P a = P atm P b = 2 P a P c = 4 P a V c = V a /4V b = V a /2VaVa Legge di Boyle

8 0 2 4 6 8 10 12 051015 Volume (l) Pressione (atm) P = 1 atm V = 5 l aria 1 atm P = 2 atm V = 2,5 l aria 1 atm P = 3 atm V = 1,66 l aria 1 atm V = k 1 /P o PV = k 1 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 020304050 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

9 T = 50°C V = 1.2 V 1 T = 100°C V = 1.4 V 1 T = 0°C V = V 1 Legge di Charles 1.4 1.2 1.0 1002003000-100-200-273 373473573273173730 Temperatura °C Temperatura °K 12 24 A B 1.4 1.2 1.0 1.4 1.2 1.0 Volume (l) Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e volume dei gas Temperatura assoluta V = k T V = k T T (K) = t (°C) + 273,15 t (°C) = T (K) - 273,15

10 1002003000-100-200-273 373473573273173730 Temperatura °C Temperatura °K 1 2 A B Pressione (atm) Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e pressione dei gas Temperatura assoluta P = k T P = k T 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

11 Legge generale dei gas: legge di Avogadro Combinando gli esperimenti precedenti si ottiene la formula generica: P V = k n T Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un uguale numero di molecole P V = n R T H 2 + Cl 2 = 2 HCl Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un uguale numero di moli

12 Teoria cinetica dei gas 1 E c = mV 2 2 Moto Browniano T2T2 T1T1 Velocità Numero di molecole 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

13 Pressioni parziali e volumi parziali in miscele di gas diversi

14 Liquidi Liquidi Equilibrio liquido-vapore h = 750 mm h = 732 mmh = 659 mm Mercurio AcquaTetraclorometano Tensione di vapore P vap. = 750-732 = 18 mm P vap. = 750-659 = 91 mm

15 0 2000 4000 6000 050100150 Temperatura (°C) Tensione di vapore (mm Hg) 2729x10 -4 48657601457100 61x10 -4 9205521640 12x10 -4 442189120 2x10 -4 1858330 Mercurio Etere etilico acqua tetracloro 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 etere etilico tetracloro carbonio

16 Grammi per metro cubo di vapore acqueo saturo

17 Solidi Solidi Strutture cristalline e amorfe EsagonaleCubicaCubica a corpo centrato Esempi di strutture cristalline comuni Na Cl S S S SS S S S................................ Molecola di zolfo Grafite Diamante Silicio Ossigeno Quarzo (biossido di silicio, SiO 2 ) Cloruro di Sodio, NaCl

18 Solidi Solidi Equilibrio solido-vapore Temperatura (°C) Tensione di vapore (mm Hg) 0-5-10-15-20-25-30 vapore solido 0 2 4 6 Equilibrio solido-liquido Temperatura (°C) 00,01 Pressione (atm) 0,006 1 solido liquido 1,0 0,2 0,006 00.01100 Temperatura (°C) Pressione (atm) liquido vapore Punto triplo solido Diagramma di stato dell’acqua

19 Calore (kj) Riscaldamento del solido Riscaldamento del liquido 7,5 kj Liquido-vapore 41 kj Riscaldamento del vapore Solido liquido 6 kj Temperatura (°C) 102030405060 -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

20 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 CONCENTRAZIONE percentuale in peso, % percentuale in volume, %v/v percentuale peso / volume, %w/v molarità, moli/litro, M molalità, moli/kg solvente, m frazione molare, X

21 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 di1 alcol per ogni litro di soluzione. Molarità, M (numero di moli di soluto per litro di soluzione) es. 2 M cloruro di sodio, NaCl 1 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, NaCl 1 mole = 58,5g 2 · 58,5 g =117 g da aggiungere a 1000 g d’acqua CONCENTRAZIONE

22 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 5060708090100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura (°C) Solubilità (g soluto/100 g solvente) CaCl 2 NaI KNO 3 KCl NaCl Ce 2 (SO 4 ) 3

23 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 N 2 / ml H 2 O ==> 0.012 x 0,80 = 0,0096 ml N2 /ml H 2 O 0,024 ml O 2 / ml H 2 O ==> 0,024 x 0,20 = 0,0048 ml O 2 / H 2 O 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)

24 Na Cl Solubilizzazione di un sale O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H La solubilità è influenzata dal solvente: Il simile scioglie il suo simile. Sostanze polari solubili in solventi polari Sostanze apolari solubili in solventi apolari

25 Solubilità e polarità La solubilità è influenzata dal solvente: Il simile scioglie il suo simile. Sostanze apolari solubili in solventi apolari

26 O H H O H H O H H O H H O H H O C H H C H H H C H H H C H H C H H C H H O C H H H C H H H O C H H C H H H C H H H C H H C H H C H H O C H H C H H H C H H H C H H C H H C H H O C H H C H H H C H H H C H H C H H C H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O C H H C H H H C H H H C H H C H H C H H 1-esanolo etanolo Solubilità e polarità Il simile scioglie il suo simile. O C H H H C H H H

27 Proprietà colligative delle soluzioni 1) Tensione di vapore 2) Innalzamento ebullioscopio 3) Abbassamento crioscopico 4) Pressione osmotica Tutte dipendono dal numero di particelle in soluzione,tenendo conto dell’eventuale dissociazione in ioni.

28 Tensione di vapore delle soluzioni P sol = P a · X a + P b · X b Se il soluto non è volatile P sol =P a · X a  P = P a - P sol  P X b = ---- Pa

29 Abbassamento della tensione di vapore Innalzamento ebullioscopio Abbassamento crioscopico 1,0 0,2 0,006 00.01100 Temperatura (°C) Pressione (atm) liquido vapore solido Diagramma di stato dell’acqua  t eb = k eb · m  t f = k f · m Per l’acqua k f = -1,86Per l’acqua k eb = 0,52

30 Osmosi Pressione Osmotica P Membrana semipermeabile H2OH2O Soluzione di saccarosio  = c R T  V = n R T Soluzione salina fisiologica NaCl 0,15 M  = c R T = 2 · 0,15 · 0.0821 · (273 + 37) = 7,64 La pressione osmotica dipende dal numero di particelle in soluzione quindi bisogna tenere conto della dissociazione dei composti


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