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

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.

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 cm2 = 4 g/cm2 b) lato 20 cm x 5 cm : P = 2000 g / 100 cm2 = 20 g/cm2 c) lato 25 cm x 5 cm : P = 2000 g / 125 cm2 = 16 g/cm2 Alcune unità di misura: Kg/cm2, Atmosfera, mm Hg, mm H2O, Pascal, PSI, ...

Pressione h = altezza della colonna di mercurio 760 mm Hg Pressione atmosferica Vuoto barometrico Pressione (1,033 kg/cm2 ) 32 28 24 stratosfera 20 Altitudine (Km) 16 12 8 troposfera 4 100 200 300 400 500 600 700 800 Pressione (mm Hg)

Diverse metodologie di misura della pressione Pressione atmosferica Vuoto h = 250 mm Hg GAS GAS h = 150 mm Hg P = 250 mm Hg Pgas + PHg = Patm Pgas = Patm - PHg Pgas = 760 mmHg - 150 mm Hg = 610 mm Hg

Diverse unità di misura della pressione Unità di misura ufficiale MPa (megaPascal, 106 x Pascal, 106 x N/m2 ) Alcune unità di misura alternative in uso: Bar = 0,1 MPa Atm (Atmosfere ) = 0,101325 MPa . mm Hg = 0,00013332 MPa kg/cm2 = 0,0980663 MPa . PSI (libre/pollice2) = 0,0068947 MPa .

Legge di Boyle Pa = Patm Pb = 2 Pa Pc = 4 Pa Va Vb = Va /2 Vc = Va /4 P = 760 mm Hg P = 760 mm Hg P = 760 mm Hg h = 3 x 760 mm h = 760 mm Pa = Patm Pb = 2 Pa Pc = 4 Pa Va Vb = Va /2 Vc = Va /4

Legge di Boyle Il volume di una data quantità di un gas a temperatura costante è inversamente proporzionale alla pressione a cui sottoposto CO a 100°C 30 Gas ideale a 100°C Gas ideale a 0°C P · V (l · atm) 20 CO a 0°C Gas ideale a -150°C 10 CO a -150°C V = k1/P o PV = k1 10 20 30 40 50 P (atm) aria 1 atm aria 1 atm aria 1 atm Legge di Boyle 2 4 6 8 10 12 5 15 Volume (l) Pressione (atm) T = costante P = 1 atm V = 5 l P = 2 atm V = 2,5 l P = 3 atm V = 1,66 l

Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e volume dei gas Legge di Charles B 24 1.4 1.2 1.0 1.4 1.2 1.0 1.4 1.2 1.0 Volume (l) A 12 T = 0°C V = V1 T = 50°C V = 1.2 V1 T = 100°C V = 1.4 V1 -273 -200 -100 100 200 300 Temperatura °C 73 173 273 373 473 573 Temperatura °K Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e volume dei gas Temperatura assoluta T (K) = t (°C) + 273,15 V = k T t (°C) = T (K) - 273,15 V = k T

Pressione atmosferica Legge di Gay-Lussac B 2 h = 760 mm Hg Pressione (atm) A 1 GAS GAS 0 °C 273 °C -273 -200 -100 100 200 300 Temperatura °C 73 173 273 373 473 573 Temperatura °K Relazione lineare tra temperatura, misurata in gradi e pressione dei gas Temperatura assoluta T (K) = t (°C) + 273,15 P = k T P = k T t (°C) = T (K) - 273,15

Legge generale dei gas: legge di Avogadro Combinando gli esperimenti precedenti si ottiene la formula generica: P V = kn T Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un uguale numero di molecole P V = n R T H2 + Cl2 = 2 HCl Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un uguale numero di moli

Teoria cinetica dei gas Moto Browniano T1 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 Numero di molecole T2 1 Ec = mV2 2 Velocità Ad ogni temperatura l’energia cinetica media delle molecole è la stessa per ogni tipo di gas e per qualsiasi pressione

Pressioni parziali e volumi parziali in miscele di gas diversi

Liquidi Equilibrio liquido-vapore Tensione di vapore h = 750 mm h = 732 mm h = 659 mm Pvap. = 750-732 = 18 mm Pvap. = 750-659 = 91 mm Mercurio Acqua Tetraclorometano

Variazione della tensione di vapore in funzione della temperatura 2729x10-4 4865 760 1457 100 61x10-4 920 55 216 40 12x10-4 442 18 91 20 2x10-4 185 8 33 Mercurio Etere etilico acqua tetraclorometano °C 6000 tetracloro carbonio Liquido 4000 Tensione di vapore (mm Hg) Temperature di ebollizione 76.5°C 100°C 34.5°C 356°C etere etilico 2000 acqua 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 Vapore 50 100 150 Temperatura (°C)

Grammi per metro cubo di vapore acqueo saturo

Esempi di strutture cristalline comuni (biossido di silicio, SiO2) Solidi Strutture cristalline e amorfe S . Esempi di strutture cristalline comuni Molecola di zolfo Esagonale Cubica Cubica a corpo centrato Grafite Na Cl Diamante Quarzo (biossido di silicio, SiO2) Silicio Ossigeno Cloruro di Sodio, NaCl

Diagramma di stato dell’acqua Solidi Equilibrio solido-vapore Equilibrio solido-liquido Temperatura (°C) 0,01 Pressione (atm) 0,006 1 solido liquido Temperatura (°C) Tensione di vapore (mm Hg) -5 -10 -15 -20 -25 -30 vapore solido 2 4 6 1,0 0,2 0,006 0.01 100 Temperatura (°C) Pressione (atm) liquido vapore Punto triplo solido Diagramma di stato dell’acqua

Curva di riscaldamento di una mole di acqua da -20°C Riscaldamento del vapore 100 Liquido-vapore 41 kj 80 60 Solido liquido 6 kj Temperatura (°C) 40 Riscaldamento del liquido 7,5 kj 20 Riscaldamento del solido -20 10 20 30 40 50 60 Calore (kj) Calore molare di evaporazione Calore molare di fusione

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

es. l’acido cloridrico concentrato HCl al 36% CONCENTRAZIONE 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

Solubilità (g soluto/100 g solvente) 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. CaCl2 NaI KNO3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura (°C) Solubilità (g soluto/100 g solvente) KCl NaCl Ce2(SO4)3

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 N2 / ml H2O ==> 0.012 x 0,80 = 0,0096 ml N2 /ml H2O 0,024 ml O2 / ml H2O ==> 0,024 x 0,20 = 0,0048 ml O2 / H2O 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)

Solubilizzazione di un sale H O H O H O H O H O H O H O H O H Na Cl O H O H O H O H O 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

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

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

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.

Tensione di vapore delle soluzioni Se il soluto non è volatile Psol = Pa · Xa + Pb · Xb Se il soluto non è volatile P sol =Pa · Xa DP = Pa - Psol DP Xb = ---- Pa

Abbassamento della tensione di vapore Innalzamento ebullioscopio Abbassamento crioscopico 1,0 0,2 0,006 0.01 100 Temperatura (°C) Pressione (atm) liquido vapore solido Diagramma di stato dell’acqua Dteb = keb · m Dtf = kf · m Per l’acqua kf = -1,86 Per l’acqua keb = 0,52

Osmosi Pressione Osmotica P = c R T P V = n R T Soluzione salina fisiologica NaCl 0,15 M P = c R T = 2 · 0,15 · 0.0821 · (273 + 37) = 7,64 Soluzione di saccarosio H2O La pressione osmotica dipende dal numero di particelle in soluzione quindi bisogna tenere conto della dissociazione dei composti Membrana semipermeabile