SolidoLiquidoGassoso Nello stato solido le molecole sono impaccate molto strettamente e non possono scorrere le une sulle altre a causa delle elevate forze di interazione intermolecolari Nello stato liquido le molecole interagiscono tra loro ma possono scorrere le une sulle altre in quanto le forze di interazione intermolecolare sono meno intense che nel solido Nello stato gassoso le molecole non interagiscono tra loro e tendono ad occupare tutto lo spazio disponibile, le forze di interazione intermolecolare sono molto deboli Stati di aggregazione della materia

L’ACQUA Solido (ghiaccio) LiquidoGassoso (vapore)

SolidoLiquidoGassoso Nello stato solido le molecole sono impaccate molto strettamente e non possono scorrere le une sulle altre a causa delle elevate forze di interazione intermolecolari Nello stato liquido le molecole interagiscono tra loro ma possono scorrere le une sulle altre in quanto le forze di interazione intermolecolare sono meno intense che nel solido Nello stato gassoso le molecole non interagiscono tra loro e tendono ad occupare tutto lo spazio disponibile, le forze di interazione intermolecolare sono molto deboli Stati di aggregazione della materia

Cambiamento di stato: passaggio da uno stato di aggregazione all’altro, le proprietà chimiche non cambiano temperatura o pressione temperatura Gas Liquido Solido temperatura o pressione temperatura Lo stato gassoso è comprimibile Lo stato liquido e lo stato solido non sono comprimibili

Proprietà di superficie dei liquidi

Un liquido tende a contrarsi per ridurre al minimo la propria superficie La tendenza di un liquido a ridurre la propria superficie si manifesta come una tensione verso l’interno e viene indicata come TENSIONE SUPERFICIALE Le molecole della superficie tendono ad interagire con quelle interne La tensione superficiale diminuisce all’aumentare della temperatura

Tensione superficiale TENSIONE SUPERFICIALE Energia richiesta per vincere la tendenza di un liquido a minimizzare la propria superficie Le sostanze tensioattive riducono la tensione superficiale dei liquidi Sali biliari: riducono la tensione superficiale dei grassi favorendone la digestione Surfattante polmonare: impedisce agli alveoli polmonari di collassare e ne favorisce l’espansione durante l’inspirazione L’acqua ha una tensione superficiale circa 3 volte maggiore di quella di altri liquidi comuni per la presenza di legami idrogeno

pressione di vapore = pressione atmosferica pressione di vapore <pressione atmosferica EVAPORAZIONEEBOLLIZIONE EVAPORAZIONE PRESSIONE DI VAPORE All’equilibrio: velocità di evaporazione = velocità di condensazione PRESSIONE DI VAPORE Pressione gassosa corrispondente ad uno stabile equilibrio liquido-vapore ad una temperatura prefissata; il suo valore è costante a superficie costante I liquidi con un elevata pressione di vapore si dicono volatili (L’etanolo ha una pressione di vapore maggiore di quella dell’acqua)

Le SOLUZIONI sono miscele omogenee di 2 o più componenti che sono indistinguibili In una miscela omogenea si distingue una sola fase I componenti di una soluzione sono SOLVENTE: componente presente in maggiore quantità, mantiene il proprio stato di aggregazione SOLUTO: sostanza disciolta nel solvente Nel processo di DISSOLUZIONE le interazioni tra le molecole di soluto (soluto-soluto) vengono sostituite da quelle con il solvente (soluto-solvente) La formazione dei legami soluto-solvente non altera le proprietà chimiche né del soluto né del solvente

SOLUZIONI LIQUIDE gas + liquido (O 2, CO 2 + H 2 O ) liquido + liquido (alcool + H 2 O) solido + liquido (sale, zucchero + H 2 O SOLUZIONI SOLIDE ottone (rame + zinco) SOLUZIONI GASSOSE gas + gas (aria) I fluidi biologici sono delle soluzioni acquose contenenti vari tipi di soluti (solidi, gas)

Passaggio in soluzione i legami fra le molecole del soluto (legami soluto-soluto) sono sostituiti da quelli con il solvente La formazione dei nuovi legami soluto-solvente non altera le proprietà chimiche né del soluto né del solvente Solubilità quantità massima di soluto che può essere disciolta in una certa quantità di solvente a temperatura costante

L’acqua è un buon solvente per composti ionicicomposti nei quali le molecole sono tenute insieme da legami idrogeno SIMILE SCIOGLIE SIMILE un buon solvente simula l’ambiente del soluto una sostanza polare si scioglie in un solvente polare una sostanza apolare si scioglie in un solvente apolare

COMPOSTI IONICI le molecole di acqua si orientano intorno agli ioni fino ad indebolire le forze di attrazione tra gli ioni circondandoli completamente solvatazione NaCl + H 2 O Na + idratato Cl - idratato

Na + idratato Cl - idratato COMPOSTI IONICI le molecole di acqua si orientano intorno agli ioni fino ad indebolire le forze di attrazione tra gli ioni circondandoli completamente

H  + O  - H  +  - le molecole di acqua si orientano intorno alle molecole fino ad indebolire le forze di attrazione tra le molecole (legami idrogeno) circondandole completamente H2OH2OH2OH2O H2OH2O H2OH2O Scioglimento di composti nei quali le molecole sono tenute insieme da legami idrogeno

glucosio Il glucosio forma con l’acqua legami idrogeno. Da un cristallo si separano molecole idratate. CH 2 OH H O C H OH OH H CC C H OH H OH C = = Solubilità di un solido covalente polare in un solvente polare

Solubilità dei gas nei liquidi Legge di Henry La solubilità di un gas in un liquido è proporzionale alla pressione parziale ( a temperatura costante) c = Kp c= concentrazione del gas in soluzione p= pressione parziale La solubilità di un gas in un liquido viene espressa dal coefficiente di assorbimento C  Il C  diminuisce all’aumentare della temperatura C  = ml gas /ml acqua

La pressione parziale di ossigeno (pO 2 ) al livello del mare è: 1 atm = 760 mmHg; pO 2 = 21% di 760 pO 2 = 21/100 x 760 pO 2 = 160 mmHg A 20°C e 1 atm O 2 disciolto = 0,2 x 0,031 = 0,0062 ml/ml acqua N 2 disciolto = 0,8 x 0,0154 = 0,01232 ml/ml acqua pO 2 = 160 mmHg

MISURA DELLE CONCENTRAZIONI DELLE SOLUZIONI La concentrazione esprime il rapporto tra la quantità di soluto e di solvente Molarità (M) = numero di moli di soluto presenti in 1 litro di soluzione Percentuale (%) = rapporto percentuale tra quantità di soluto e quantità di solvente % peso/volume (P/V) = grammi di soluto presenti in 100 ml di soluzione

SOLUZIONE NON ELETTROLITICA Non conduce la corrente elettrica in quanto non contiene ioni Il soluto è presente sotto forma di molecole NON ELETTROLITA Composto che disciolto in acqua non dà origine a ioni NON Elettroliti: C 6 H 12 O 6 ; CO(NH 2 ) 2 ; CCl 4 ; CH 3 OH, C 2 H 5 OH; O 2

SOLUZIONE ELETTROLITICA Conduce la corrente elettrica in quanto contiene ioni ELETTROLITI composti con legami ionici e covalenti che disciolti in acqua sono presenti sotto forma di ioni (SALI, ACIDI, BASI) ELETTROLITA IN SOLUZIONE HCl + H 2 O H + idratato Cl - idratato Ionizza e dissocia es.: HCl NaCl + H 2 O Na + idratato Cl - idratato dissocia se era già costituito da ioni es.: NaCl

Alcuni elettroliti dissociano quando si trovano in acqua Alcuni ACIDI HCl + H 2 O H + aq + Cl - aq molecola ioni Alcune BASI NaOH + H 2 O Na + aq + OH - aq molecola ioni il verbo dissociare racchiude i 2 fenomeni di ionizzazione e separazione tra le cariche

ELETTROLITI DEBOLI: sono presenti in soluzione parzialmente dissociati sotto forma di ioni e parzialmente indissociati sotto forma di molecole HA + H 2 O H + aq + A - aq molecola ioni ELETTROLITI FORTI: sono presenti in soluzione totalmente sotto forma di ioni, ossia completamente dissociati HCl + H 2 O H + aq + Cl - aq molecola ioni NaOH + H 2 O Na + aq + OH - aq molecola ioni

Per un ELETTROLITA DEBOLE generico AB è possibile definire AB A + + B - La dissociazione è parziale, si stabilisce un EQUILIBRIO CHIMICO tra molecole indissociate e ioni K = [A + ] [B - ]/[AB] K = costante di dissociazione ELETTROLITI DEBOLI: sono presenti in soluzione parzialmente dissociati sotto forma di ioni e parzialmente indissociati sotto forma di molecole HA + H 2 O H + aq + A - aq molecola ioni

SOLUZIONE NON ELETTROLITICA Non conduce la corrente elettrica in quanto non contiene ioni Il soluto è presente sotto forma di molecole NON ELETTROLITA Composto che disciolto in acqua non dà origine a ioni

L’acqua è un elettrolita debole Equilibrio di dissociazione dell’acqua H 2 O H + + OH - Lo ione H + in soluzione non esiste come tale ma si combina con una molecola di acqua H + + H 2 O H 3 O + Pertanto 2H 2 O H 3 O + + OH - Costante Kw (Kwater) Kw = [H 3 O + ] [OH - ] / [H 2 O] 2

sostituendo si ha Kw = x / 55,5 2 La [H 3 O + ] = [OH - ] e a 25° C corrisponde a M La [H 2 O] = 55,5 M La [H 2 O] è elevata e costante, quindi Kw = x / 55,5 2 Kw = x =

sostituendo si ha Kw = x / 55,5 2 La [H 3 O + ] = [OH - ] e a 25° C corrisponde a M La [H 2 O] = 55,5 M La [H 2 O] è elevata e costante, quindi Kw = x / 55,5 2 Kw = x = Prodotto ionico dell’acqua

In base al valore di Kw e al valore della [H 3 O + ] e di [OH-] è stato stabilito un criterio per decidere il carattere acido, basico o neutro di una soluzione Per comodità di calcolo il valore della [H 3 O + ] viene espresso come -log (in base 10) della [H 3 O + ] ed indicato come pH [H 3 O + ] > M soluzione acida [H 3 O + ] < M soluzione basica [H 3 O + ] =10 -7 M soluzione neutra pH = - log [H 3 O + ] soluzione acida : [H 3 O + ] > M, pH < 7 soluzione basica: [H 3 O + ] 7 soluzione neutra: [H 3 O + ] = M, pH = 7 Pertanto: La scala di pH comunemente usata va da 0 a 14

Noto il pH è possibile calcolare il pOH Kw = [H 3 O + ] [OH - ] = x = applicando il -log -log Kw = -log [H 3 O + ]- log [OH - ] = -log log = –log pKw = pH + pOH -log = 7 pH = 7; pOH = 7 -log = 14; pKw = 14 pOH = 14 - pH

[H 3 O + ], MpH[OH - ], M Operatore p = colog I limiti della scala del pH Acido Neutro I limiti della scala del pH Acido I limiti della scala del pH Alcalino Neutro Acido I limiti della scala del pH Alcalino Neutro Acido I limiti della scala del pH Alcalino Neutro Acido I limiti della scala del pH

pH Acqua di mare 7.4 (7.0 ÷ 7.6) Plasma sanguigno 7.4 Liquido interstiziale 7.4 Muscolo 6.1 Fegato 6.9 Succo gastrico 1.2 ÷ 3.0 Succo pancreatico 7.8 ÷ 8.0 Saliva 6.3 ÷ 6.8 Latte 6.6 Urina 5 ÷ 8 Pomodoro 4.3 Pompelmo 3.2 Coca-cola 2.8 Limone 2.3

ACIDI E BASI 1887: Arrhenius definisce CH 3 COOH + H 2 OH 3 O + + CH 3 COO - base acido acido base Sistema acido-base coniugati secondo Brönsted-Lowry (1923) acido la sostanza che in soluzione dissocia H + HCl H + + Cl - base la sostanza che in soluzione dissocia OH - NaOH Na + + OH -

Forza degli acidi Ogni acido avrà una diversa tendenza a cedere il suo protone Acidi forti lo lasciano prontamente Acidi deboli avranno maggiore affinità per il loro protone Coppie acido-base coniugate Donatore di H + Accettore di H + CH 3 COOH  H + + CH 3 COO- NH 4 +  H + + NH 3 Acidi e Basi Acido secondo Brönsted-Lowry è un donatore di protoni Base secondo Brönsted-Lowry è un accettore di protoni L’acqua è una sostanza anfiprotica in quanto si può comportare sia da acido che da base HOH  H + + OH -

SOLUZIONE TAMPONE Soluzione il cui pH non è modificato dall’aggiunta di modiche quantità di acido o di base forti Acido debole in presenza della propria base coniugata CH 3 COOH/CH 3 COO- Una soluzione tampone è costituita da Base debole in presenza del proprio acido coniugato NH 3 /NH 4 +