Laura Ricciotti - Stati di aggregazione liquido e gas della materia

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Indice

1. LIQUIDI ... 3

2. TENSIONE SUPERFICIALE ... 4

3. TENSIONE DI VAPORE ... 6

4. VISCOSITÀ ... 7

5. GAS ... 8

6. ALTRE CARATTERISTICHE DEI GAS... 9

BIBLIOGRAFIA ... 12

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1. Liquidi

Forze attrattive più deboli che nello stato solido, ma maggiori di quello gassoso.

Maggior mobilità rispetto alle molecole nei solidi: assenza di forma propria.

Incomprimibili

Come nei gas, le particelle si muovono in maniera caotica ma rimanendo sempre a contatto le une con le altre o comunque a distanze tali da risentire delle reciproche interazioni.

Un modello per descrivere i liquidi ricorre al concetto di VOLUME LIBERO Modello del volume libero

Il volume libero è rappresentabile come un insieme di regioni vuote nel liquido.

Le particelle che formano il liquido possono muoversi l’una rispetto all’altra, restando molto vicine fra loro e ricordando la disposizione che hanno nel solido.

Quando incontrano una cavità del volume libero possono diffondere in essa lasciando nel liquido nuove cavità …

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2. Tensione superficiale

Fra le molecole che formano un liquido esistono forze di coesione

Una molecola “dentro” il liquido è circondata da molecole uguali, interagenti con forza uguale in tutte le direzioni.

Sulla superficie le molecole saranno attratte verso l’interno del liquido.

Tensione superficiale: forza che attrae le molecole dalla superficie verso l’interno, riducendo così l’area superficiale e spingendo le molecole superficiali ad impaccarsi il più possibile. Per effetto della tensione superficiale un liquido tende ad occupare il minor spazio possibile, riducendo la sua superficie al minimo. Per questo le gocce sono sferiche (la sfera è il solido che ha il minor rapporto fra area superficiale e volume).

La tensione superficiale consente ad un insetto pattinatore di camminare sull’acqua.

Tensione superficiale: Azione capillare

Quando un tubo di vetro di diametro piccolo, detto anche capillare, viene immerso nell’acqua, l’acqua risale verso l’interno del tubo.

Questo fenomeno viene definito azione capillare.

Le forze adesive tra il liquido e le pareti del tubo portano ad un aumento della superficie del liquido. La tensione superficiale del liquido tende a ridurre l’area, attirando così il liquido lungo il tubo. Il liquido sale fino a quando le forze adesive e coesive sono bilanciate dalla forza di gravità.

L’azione capillare permette all’acqua ed alle sostanze nutrienti di risalire attraverso le piante.

In un tubo capillare di raggio r, la forza che tende a far salire il liquido all’interno del tubo è data dalla tensione superficiale γ moltiplicata per la circonferenza del tubo (2πr). La forza che si contrappone all’innalzamento è data dalla massa del liquido per l’accelerazione di gravità (m·g).

La massa del liquido è calcolabile conoscendo la sua densità d e l’altezza h dell’innalzamento capillare.

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All’equilibrio si ha:

2 π r γ = π r2 h d g

Da cui si ricava: γ = ½h d g r

L’innalzamento capillare h risulta tanto maggiore quanto più piccolo è il raggio del capillare.

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3. Tensione di vapore

Le molecole del liquido sono in movimento, anche quelle sulla superficie.

Alcune molecole che si trovano sulla superficie possono abbandonare il liquido stesso e passare allo stato aeriforme se hanno una velocità maggiore della velocità di fuga.

Ad ogni data temperatura qualsiasi liquido (così come pure un solido) è in equilibrio dinamico*

col suo vapore.

La pressione esercitata da tale vapore viene detta tensione di vapore.

Il numero di molecole di acqua che evaporano per unità di tempo e’ eguale al numero di quelle che condensano Liquido.

La tensione di vapore è una proprietà fisica caratteristica di ogni sostanza pura.

La tensione di vapore aumenta con la temperatura.

È costante a T costante.

Quando la tensione di vapore eguaglia la P atmosferica si ha l’ebollizione.

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4. Viscosità

La resistenza di un liquido al suo flusso è detta viscosità. Maggiore è la viscosità di un liquido, più lentamente esso fluisce.

La viscosità dipende dalle forze attrattive tra le molecole e dal fatto che esistano caratteristiche strutturali che inducano le molecole ad impaccarsi. Per una serie di composti simili, la viscosità aumenta con il peso molecolare.

Per ogni data sostanza la viscosità decresce all’aumentare della temperatura.

Infatti a temperature più elevate, la maggiore energia cinetica media delle molecole vince più facilmente le forze attrattive esistenti tra le molecole stesse.

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5. Gas

Fluidi (sono caratterizzati dalla facilità con cui le diverse parti del sistema possono scorrere le une sulle altre) molto comprimibili in grado di occupare tutto il volume a loro disposizione.

Definiamo un sistema gassoso individuando i seguenti parametri:

P, V, T, n

Caratteristiche macroscopiche di un gas:

•Può essere compresso facilmente.

•Esercita una pressione sul recipiente.

•Occupa tutto il volume disponibile.

•Non ha forma propria nè volume proprio.

•Due gas diffondono facilmente uno nell’altro.

•Tutti i gas hanno basse densità:

• aria 0.0013 g/ml;

• acqua 1.00 g/ml;

• ferro 7.9 g/ml.

Pressione

Componente Normale di una Forza agente sull’unità di superficie.

I campioni di materia solidi o liquidi esercitano una pressione sulla superficie su cui insistono in virtù del peso che li caratterizza

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6. Altre caratteristiche dei gas

Quando si progetta un recipiente contenente un liquido il problema che ci si pone è quello di dimensionare opportunamente lo spessore del fondo del recipiente, ma non quello delle pareti laterali.

La pressione esercitata da solidi e liquidi è una grandezza unidirezionale Altre caratteristiche dei gas

Le particelle di cui il gas è costituito sono in continuo movimento e collidono con la superficie interna del contenitore esercitandovi una forza.

La pressione esercitata dai gas non è unidirezionale.

Infatti:

quando si progetta un recipiente contenente un gas, lo spessore delle pareti è lo stesso.

Gli strumenti misuratori di pressione (manometri) possono essere collocati in qualunque posizione.

Quando un recipiente contenente un gas si rompe per eccesso di pressione l’effetto riguarda tutte le pareti del recipiente.

L’unità di misura della pressione atmosferica standard è l’atmosfera (atm).

Corrisponde alla pressione che bilancia la pressione idrostatica di una colonna di mercurio alta esattamente 760 mm, a 0°C, a livello del mare, alla latitudine di 45°.

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Volume

Il volume di un gas è quello del recipiente che lo contiene Unità di misura SI m3

Più correntemente si usano i sottomultipli dm³ (= 1L)

cm³ (= 1mL) mm³ (= 1µL)

Temperatura: Le scale termometriche Nel SI sono due:

• Celsius (era un fisico svedese 1701-1744) (o centigrada)

–0°C: temperatura del ghiaccio fondente in equilibrio con acqua a pressione atmosferica

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–100°C: ebollizione dell’acqua.

–L’intervallo tra questi due punti è diviso in 100 parti uguali.

• Kelvin (era un fisico inglese) o assoluta: l’ampiezza del Kelvin è uguale all’ampiezza del grado Celsius.

T(K) = T(°C) +273.16

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Bibliografia

Le figure utilizzate nelle slides sono state tratte dai testi sotto riportati ai cui rispettivi Autori ed Editori appartengono tutti i diritti.

• Brown, Lemay, Bursten, Murphy Fondamenti di ChimicaEd. EdiSES.

• Bandoli, G.; Dolmella, A.; Natile,G.“Chimica di base” Ed. EdiSES.

• Manotti-Lanfredi, A.M.; Tiripicchio, A.“Fondamenti di Chimica” Ed. Casa Editrice Ambrosiana.

• Bertini, I.; Luchinat, C.; Mani, F.“Chimica” Ed. Casa Editrice Ambrosiana.

• De Paoli, G. ``Chimica Generale ed Inoganica'' Ed. Casa Editrice Ambrosiana.

• Nobile, F.; Mastrorilli, P. ``La chimica di base con esercizi'' Ed. Casa Editrice Ambrosiana.