Compitini © Dario Bressanini

Compitini © Dario Bressanini

Compitini © Dario Bressanini

Compito Finale © Dario Bressanini

Date II Compitino ed Esame 17 Giugno, II compitino 9.00 Aula Magna 24 Giugno, Recupero I compitino o Appello Regolare 9.00 Aula Magna Orali: Pomeriggio e giorni successivi 8 Luglio, 9.00 Aula Magna, Appello Regolare © Dario Bressanini

Termodinamica Chimica Universita’ degli Studi dell’Insubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale Termodinamica Chimica Diagrammi di Fase dario.bressanini@uninsubria.it http://www.unico.it/~dario/thermo

Equilibri di Fase

Potenziale Chimico e Stabilità È più stabile la fase con minor m © Dario Bressanini

Potenziale Chimico e Stabilità © Dario Bressanini

Diagrammi di Fase © Dario Bressanini

Fasi della Materia I cambiamenti di fase richiedono energia per vincere le forze intermolecolari © Dario Bressanini

Diagrammi di Fase Un diagramma di fase mostra le fasi di una sostanza presenti ad una certa pressione e temperatura GAS O°C 100°C 1atm Solido Liquido Gas LIQUIDO SOLIDO © Dario Bressanini

Diagramma di Fase © Dario Bressanini

Equilibri di Fase ma(p,T) = mb(p,T) ma+ dma = mb+dmb  dma = dmb Vogliamo derivare una equazione che descriva la linea di equilibrio tra due fasi  e  All’equilibrio ma(p,T) = mb(p,T) Consideriamo il punto a sulla curva di equilibrio, e perturbiamo il sistema di dp e dT rimanendo sulla curva di equilibrio (punto b) ma+ dma = mb+dmb  dma = dmb © Dario Bressanini

Equilibri di Fase dp/dT = DtrsS/DtrsV dm = -SmdT + Vmdp -Sa,mdT + Va,m dp = -Sb,mdT + Vb,mdp (Vb,m - Va,m)dp = (Sb,m - Sa,m)dT dp/dT = DtrsS/DtrsV Equazione di Clapeyron © Dario Bressanini

Equilibrio Solido-Liquido dp/dT = DS/DV Consideriamo l’equilibrio Solido-Liquido DfusS= DfusH/T Quindi dp/dT = DfusH/TDfusV La pendenza di solito è positiva Se consideriamo DfusH e DfusV costanti, integrando… © Dario Bressanini

Liquido-Vapore e Solido-Vapore dp/dT = DvapH/TDvapV dp/dT = DsubH/TDsubV Assumiamo che DvapV  Vm(g) Vm(g) = RT/p Possiamo ricavare l’equazione di Clausius-Clapeyron © Dario Bressanini

Diagrammi di fase Le linee mostrano dove due fasi coesistono. Al punto triplo coesistono tre fasi. La linea Liquido/Gas termina al punto critico © Dario Bressanini

Punto Critico e Punto Triplo © Dario Bressanini

Punto Critico Al punto critico Liquido e Gas sono indistinguibili © Dario Bressanini

Diagrammi di Fase: Caratteristiche Pendenza della linea Solido/Liquido Ghiaccio meno denso dell’acqua Ghiaccio secco: più denso della CO2 liquida © Dario Bressanini

Diagramma di Fase dell’Acqua Come variano i punti di ebollizione e solidificazione variando la pressione? © Dario Bressanini

Mistero Watson: Come è possibile pattinare sul Ghiaccio ? Sherlock Holmes: Basta osservare il diagramma di fase!! © Dario Bressanini

Diagramma di Fase dell’Acqua Sono presenti: una fase liquida una fase gassosa varie fasi solide. poliacqua Ghiaccio Acqua © Dario Bressanini

Liquidi superraffreddati Microonde Liquidi supercaldi. microonde © Dario Bressanini

Transizione Liquido-Solido Gas Solido Liquido © Dario Bressanini

PopCorn PopCorn © Dario Bressanini

Gas Solido Liquido 1atm O°C 100°C © Dario Bressanini

Esempi di Diagrammi di Fase Carbonio Diossido di Carbonio © Dario Bressanini

Diagramma di Fase del Carbonio © Dario Bressanini

Fasi Metastabili È possibile raffredare l’acqua liquida sotto 0 °C, e riscaldarla sopra i 100 °C, mantenendola allo stato liquido. La fase è metastabile, e tende a trasformarsi, rispettivamente, in ghiaccio o vapore Si parla di liquido superraffreddato o superriscaldato © Dario Bressanini

Forno a Microonde © Dario Bressanini

Acqua Superriscaldata © Dario Bressanini

© Dario Bressanini

Phase diagram for CO2 © Dario Bressanini

Phase diagram for H2O © Dario Bressanini

Phase Diagram for Water © Dario Bressanini

Phase Diagram for CO2 Critical point © Dario Bressanini

© Dario Bressanini

Phase Diagram Pressure Critical point Gas Solid Liquid Triple point Temperature © Dario Bressanini

Pure Compound Phase Diagram Predicts the stable phase as a function of Ptotal and T. Characteristic shape punctuated by unique points. Phase equilibrium lines Triple Point Critical Point P Solid Liquid Gas T © Dario Bressanini

Phase Diagram Landmarks Triple Point (PT,TT) where SLG coexist. Critical Point (PC,TC) beyond this exist no liquid/vapor property differences. P = 1 bar Normal fusion TF and boiling TB points. P T PC TC 1 TF TB PT TT © Dario Bressanini

Inducing Phase Changes Below PT or above PC Deposition of gas to solid induced by dropping T or raising P Sublimation is reverse. Between PT and PC Liquid condensation vs. vaporization. Normally, pressure on liquid solidifies it (unless solid < liquid) P T fusion gelation freezing vaporization condensation deposition sublimation © Dario Bressanini

Impure (solution) Phase Diagram Adding a solute to a pure liquid elevates its Tboil by lowering its vapor pressure. (Raoult’s Law) It also stabilizes liquid against solid (lowers Tfusion) Lower P wins, remember? Click to see the new liquid regions and 2 colligative properties in 1! P T © Dario Bressanini

Clausius–Clapeyron Lab Fix dP/dT = PHvap/RT 2 from thermodynamics P’=Pe–[H/R][(1/T)–(1/T ’)] But only if H  f(T) If H ~ a + bT where b related to CP P=P’(T/T ’)b/R e–[a/R][(1/T)–(1/T ’)] assumes only CP are fixed. A better approximation. P T Clausius– Clapeyron © Dario Bressanini