Stato Liquido

I Liquidi Solido (a) Liquido (b) miscela di solido e gas struttura omogenea quasi cristallina

I liquidi hanno una disposizione delle molecole intermedia fra quella dei gas e quella dei solidi cristallini. Al pari dei gas : - sono isotropi; non hanno forma definita; scorrono sotto l’azione di una forza applicata (fluidità); le particelle si muovono nelle tre dimensioni. Al pari dei solidi : - hanno un volume definito (sono solo leggermente comprimibili); - hanno densità elevata (ca. il 10% minore dei solidi); - sono formati da cluster di particelle abbastanza vicine le une alle altre.

Rispetto ai gas i liquidi : -hanno una densità maggiore -diffondono più lentamente -sono meno compressibili -si dilatano meno -hanno una superficie propria che li delimita all’interno del liquido le forze di attrazione tra le molecole si bilanciano; sulla superficie liquido-gas, le molecole rarefatte di gas non bilanciano le forze di attrazione del liquido. Le molecole sulla superficie del liquido esercitano sulla massa sottostante una compressione simile ad una membrana elastica. Pertanto la superficie del liquido tende a diventare la minima possibile (forma sferica). Per espandere la superficie di un liquido è necessario compiere un lavoro: alcune molecole, inizialmente presenti nelle regioni più interne, devono essere portate in superficie.

Tensione superficiale si misura in dine/cm e corrisponde al lavoro che si deve compiere per aumentare di 1 cm2 l’area superficiale di un liquido. Il liquido risulta come avvolto da una membrana elastica. E’ una forza che agisce sulla superficie del liquido e che tende ad impedirne l'espansione. Dipende da forze intermolecolari isotrope all'interno del liquido, anisotrope sulla superficie. Le molecole sono attirate verso l'interno del liquido facendo sì che il liquido assuma la minore superficie possibile. Maggiore è la tensione superficiale,tanto più sferiche le gocce liquide.

TENSIONE di VAPORE Distribuzione delle energie molecolari in fase liquida. Ad ogni T le particelle di liquido possiedono una distibuzione di energia cinetica. Alla superficie del liquido le particelle con Ecin maggiore tendono a sfuggire dalla fase condensata: evaporazione

Evaporazione è il processo col quale le molecole alla superficie di un liquido si allontanano le une dalle altre e passano in fase gassosa. A tempertura più alta, una frazione maggiore di molecole possiede l’Ecin minima per lasciare la superficie del liquido (per evaporare). Solo le molecole con energia più elevata possono vincere le forze intermolecolari e sfuggire alla fase liquida. L’energia cinetica media delle molecole che restano nello stato liquido viene così diminuita : ciò provoca un raffreddamento del liquido (raffreddamento per evaporazione), che poi riassorbe calore dall’ambiente. Una molecola in fase vapore può urtare la superficie del liquido ed esserne (ri)catturata (condensazione).

La pressione parziale delle molecole di vapore Quando l’evaporazione avviene in un recipiente chiuso le molecole del vapore non possono uscire dal recipiente. Dopo un certo tempo si stabilirà un equilibrio dinamico : il numero di particelle che nell’unità di tempo passa dal liquido al vapore è uguale a quello che passa dal vapore al liquido (v evaporazione = v condensazione) La pressione parziale delle molecole di vapore in equilibrio con il proprio liquido ad una data T è detta tensione di vapore del liquido. Aumenta in modo esponenziale con T. Liquidi che evaporano facilmente e possiedono una tensione di vapore elevata: liquidi volatili

P (atm) t (°C) Punti di ebollizione P C6H6 H2O CS2 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 t (°C) - 50° 0° 50° 100° Punti di ebollizione P.e. normale (a P = 1 atm) P.e. a P = 0,01 atm Sostanza P HF H2O CdCl2 NH3 CCl2F2 CCl4 C6H6 CH4 + 19,4°C 100,0°C 770°C - 33,5°C - 30°C 76,7°C 80,1°C - 161°C - 40°C 42,5°C 970°C - 73°C - 72°C 19,8°C 18,2°C - 186°C P P P* P P P

La T a cui la tensione di vapore del liquido uguaglia EBOLLIZIONE La T a cui la tensione di vapore del liquido uguaglia la P esterna sovrastante il liquido è definita punto o temperatura di ebollizione Si formano bolle di vapore anche sotto la superficie del liquido. Esse sono meno dense del liquido, salgono rapidamente in superficie e da questa sfuggono (ebollizione). Se la pressione esterna è minore di 760 Torr,il liquido bolle a una T minore. Ad es. T eboll dell’H2O a P = 100 Torr è di 53°C.

VISCOSITA’ La viscosità di un fluido (η) è un indice della sua resistenza a scorrere, a fluire (è una sorta di attrito interno). Per ottenere il flusso di un liquido le sue molecole devono essere in grado di scivolare una sull’altra. Più forti sono le interazioni molecolari tanto più il liquido è viscoso.

- Forma e dimensioni delle molecole Sostanze che hanno una grande capacità di formare legami idrogeno hanno una grande viscosità (es. glicerina). Anche l’aumento delle dimensioni e dell’area superficiale provoca un aumento delle forze di London. Più lunghe ed aggrovigliate sono le molecole, più difficile sarà farle fluire. Liquidi formati da molecole piccole, poco polari e con struttura sferoidale, tendono ad avere bassa viscosità. - Temperatura Un aumento di T provoca una diminuzione di viscosità dei liquidi: l’energia cinetica delle molecole vince le attrazioni intermolecolari.

Viscosità dei Liquidi  l F = X  S S = 1 cm2 Esprime la resistenza che si oppone al movimento di una sua parte rispetto ad un’altra Viscosità dei Liquidi  l F = X  S S = 1 cm2 Strato fermo di liquido 1,00 cm Strato in moto a v = 1,00 cm s-1  = F che si esercita su S = 1 cm2  si misura in dine sec cm-2 (Poise) =  F S x  Viscosità a 20°C (Poise) a 1 r1t1 H2O 1,05 C6H6 0,652 CCl4 0,97 Hg 1,55 CHCl3 0,53 = b 2 r2t2 Viscometro di Ostwald

La viscosità misura la coesione del fluido: ad es. il vetro può essere interpretato come un fluido ad altissima viscosità. Il poise (dine s cm-2) è la forza in dine a cui è sottoposto1 cm2 di superficie ferma di liquido quando un’altra superficie parallela e distante 1 cm si muove ad una velocità di 1 cm s-1. Nel viscosimetro di Ostwald viene misurato il tempo necessario affinchè un volume noto di un liquido fluisca tra due tacche di un capillare di diametro noto.