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Temperatura La materia è un sistema fisico a molti corpi Gran numero di molecole (N A =6,02·10 23 ) interagenti tra loro Descrizione mediante grandezze.

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1 Temperatura La materia è un sistema fisico a molti corpi Gran numero di molecole (N A =6,02·10 23 ) interagenti tra loro Descrizione mediante grandezze macroscopiche (valori medi su un gran numero di particelle): Pressione Volume Temperatura Il legame con le grandezze microscopiche è di tipo statistico.

2 Temperatura Rappresenta la 5 a grandezza fondamentale (t,T); E` in correlazione con altre grandezze fisiche: volume di un corpo; pressione di un gas; viscosità di un fluido; resistività elettrica;..... T è la misura dello stato termico di un sistema fisico Principio dellequilibrio termico: due corpi posti a contatto raggiungono, dopo un certo tempo, la medesima temperatura. Viene misurata con il termometro: 0° 50° 100° °C Dilatazione termica: V(t) = V o (1 + t) =coefficiente di dilatazione termica In un tubo: h(t) = h o (1 + t) Proprietà termometriche

3 Termometro clinico 37° 38° 41° 36° 39° 40° 42° °C Liquido termometrico: mercurio La strozzatura presente nella canna serve per conservare t max dopo che il termometro è rimosso dal paziente

4 Scale termometriche –200° –100° 100° 200° °C t 0° 100° 200° 300° 400° K T 373° 273° –273° scale centigrade –459.4° –328° –148° 32° 212° °F Scala normale o Celsius o C Scala Farenheit o F Scala assoluta o Kelvin K Unità di misura del S.I. 0° 100° H 2 O tete tftf

5 Nota: si definisce energia interna U di un sistema la quantità: U è quindi funzione della temperatura. Nella materia (N = numero di molecole Na=6,02·10 23 ): Moto di agitazione termica di atomi e molecole: moto disordinato (gas) vibrazioni intorno alle posizioni di equilibrio (solidi) energia cinetica E k Energia potenziale e di legame: energia potenziale E p La temperatura di un corpo è correlata al livello medio di agitazione termica nella materia Interpretazione microscopica

6 I gas Gas ideali Gas reali Umidità

7 Notazione: Z numero atomico numero di protoni definisce lelemento chimico A numero di massa numero di nucleoni (protoni + neutroni) Isotopi: atomi con stesso Z ma A diverso (es: 12 C e 14 C) X A Z Tavola periodica

8 Massa atomica e molecolare Massa atomica (o molecolare) M Rapporto tra la massa di un atomo (molecola) e la dodicesima parte della massa dellatomo 12 C. Si misura in unità di massa atomica (uma) massa atomica del 12 C: M=12 uma In pratica: la massa atomica di un elemento chimico ha un valore (espresso in uma) circa pari al numero di massa A; Es: M O 16 uma; M N 14 uma la massa molecolare di un composto chimico è pari alla somma delle masse atomiche di ciascun elemento del composto Es: M CO 2 ( ) uma = 44 uma

9 Mole (grammoatomo o grammomolecola) Quantità di sostanza corrispondente alla massa molecolare espressa in grammi. Esempio: 1 mole di H 2 O corrisponde a circa (2 1+16)g=18g di acqua. Una mole di una qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di atomi o molecole (numero di Avogadro): N A =6,022·10 23 mole -1 La mole Quindi: numero di moli n = numero di molecole N = (num. di Avogadro N A ) (num. di moli n) massa espressa in grammi m massa atomica o molecolare M

10 Esempio: Data una massa m = 8,8 mg di CO 2, calcolare: 1)il numero di moli 2)il numero di molecole

11 Gas perfetto (ideale) Idealizzazione: volume occupato dalle molecole è trascurabile; forze di attrazione tra molecole sono trascurabili; gli urti tra molecole sono elastici: urti elasticiurti non elastici In pratica: ogni gas a temperatura elevata e molto rarefatto si comporta come un gas ideale.

12 Equazione di stato di un gas ideale Se il gas ideale è in equilibrio (p,V e T non variano) numero di moli temperatura assoluta (K) R è la costante dei gas perfetti Sistema Internazionale Unità pratiche: volume litri pressione atm

13 T1T1 T2T2 T 2 > T 1 p V Se T = costante: p·V = costante (Legge di Boyle) Se t = 0 o C, p = 1 Atm (condizioni NTP) ed n = 1 : Legge di Avogadro: Una mole di gas ideale a t = 0 o C e pressione p = 1 atm occupa un volume pari a 22,4 litri. Equazione di stato di un gas ideale curve isoterme

14 Miscela di gas Sia dato 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: ovvero Frazione molare (%) Esempio: aria a 15 o C, p = 1 atm, al livello del mare: Componentefr. molareComponentefr. molare Azoto (N 2 )78,00 %Argon (Ar)0,97 % Ossigeno (O 2 )20,93 %An. Carbonica (CO 2 )0.03 % + vapore acqueo (0,1 % 2 %)

15 o V p gas vapore vapore saturo liquido TcTc T < T c T > T c Gas Reale GasT c ( o C)GasT c ( o C) N2N2 -147,1H2OH2O+347,1 CO 2 +31,3N2ON2O+39,5 O2O2 -118,8aria-141,0 Se T è maggiore della temperatura critica (Tc) il gas non può in alcun modo passare alla fase liquida ! Curve isoterme Gas reale gas perfetto quando: T >> T c ; grande volume e bassa pressione. Pressione di vapore saturo p vs (tensione di vapore) dipende da T liquido e vapore in equilibrio

16 Umidità t (oC)p vs (mmHg) 0o0o 4,58 10 o 9,2 20 o 17,55 37 o 47, o o Equilibrio liquido-vapore H2OH2O Umidità assoluta: quantità di vapore acqueo in in m 3 di aria (g/m 3 ) Umidità relativa U.R. (%): Punto di rugiada: quando il vapore acqueo comincia a condensare U.R. = 100%

17 Umidità Esempio: Il vapore condensa tra 10 o C e 0 o C (rugiada) Lumidità relativa in una stanza diminuisce allaumentare della temperatura (aria diventa più secca): evaporazione dei liquidi più veloce; occorre umidificare laria.

18 Soluzioni diluite In una soluzione: n i moli di soluto n o moli di solvente Soluzione diluita: n i << n o

19 Concentrazione Concentrazione di una soluzione: % (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

20 Diffusione libera Trasporto di materia tra punti di un sistema liquido o gassoso i cui componenti sono presenti in concentrazioni diverse Es: sistema binario composto da solvente e soluto A Stato iniziale: C A > C B Allequilibrio: C uniforme Soluto: A B Solvente: B A Legge di Fick: Massa di soluto che passa da A a B in un tempo t B S x Coeff. di diffusione: dipende dal tipo di soluto, dal solvente e dalla temperatura Superficie libera al passaggio di soluto. Nota: in presenza di membrane permeabili tra A e B, S è la superficie totale aperta al passagio di soluto

21 Osmosi E`un fenomeno di diffusione selettiva attraverso una membrana semipermeabile (permeabile al solvente ma non al soluto). H2OH2O C 6 H 12 O 6 Membrana semipermeabile: consente il passaggio di H 2 0 ma non di C 6 H 12 O 6 Allequilibrio: la pressione idrostatica p=dg h è bilanciata dalla pressione osmotica Se la soluzione e` diluita: ·V = ·nRT (Vant Hoff) = coefficiente di dissociazione elettrolitica ( =1 per soluto non dissociato) a T= costante, è proporzionale a n/V ( = concentrazione moli/litro) p π=dg h

22 Osmosi nei sistemi biologici 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 Le soluzioni iniettate per via endovenosa devono avere la medesima pressione osmotica del plasma soluzioni ISOTONICHE stessa concentrazione (moli/litro) del plasma soluzione ipotonica emolisi dei globuli rossi soluzione ipertonica atrofizzazione dei globuli rossi

23 Esempio: Quanti grammi di glucosio (C 6 H 12 O 6 ) vanno disciolti in un litro di acqua per avere una soluzione isotonica al sangue ?

24 Diffusione dei gas nei liquidi Meccanismo attraverso il quale miscele gassose (es. O 2, N 2, CO 2 ) 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 o C) (cm 3 /atm) s (40 o C) (cm 3 /atm) O2O2 4,92,3 N2N2 2,41,2 CO V = volume di gas (NTP) disciolto in 100 ml; p = pressione parziale del gas; s = coefficiente di solubilità.

25 Diffusione di gas nei sistemi biologici approvvigionamento di O 2 eliminazione di CO 2 aria alveolare gasfrazione molarepressione parziale N2N2 80,4 %573 mmHg O2O2 14,0 %100 mmHg CO 2 5,6 %40 mmHg H2OH2Ovapor saturo47 mmHg Totale 760 mmHg Esempio: diffusione attraverso la membrana alveolare Il volume di N 2 disciolto in 100 ml di sangue è (legge di Henry): Per un individuo di massa pari ad 80 kg (67 % di H 2 O): 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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