Tensione di vapore
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Chimica Generale e Inorganica Lo stato liquido gas liquido Perfetto disordine solido Perfetto ordine Stato liquido: situazione intermedia non ben definita struttura semiordinata Volume proprio assenza di forma propria Chimica Generale e Inorganica Modello per lo stato liquido: modello del volume libero Il liquido è un’insieme di regioni ordinate, regioni disordinate, e spazio occupato da molecole libere Le particelle che si trovano nelle cavità si comportano come nello stato gassoso Le particelle distanti da queste cavità si comportano come nello stato solido Volume libero = 3% del volume Densità gas < densità liquido (>800 volte )< densità solido (>1,2 volte) Distanze molecolari poco maggiori di quelle dello stato solido Bassa compressibilità (circa 3% del volume libero) Viscosità (minore volume libero → maggiore viscosità) Aumento del volume con la T (maggiore energia cinetica della particella nelle cavità → maggiore volume libero) Diffusione: 10-6 cm2/sec, circa ¼ che nei gas Chimica Generale e Inorganica Tensione superficiale (g) i liquidi possiedono una superficie che li delimita. Una molecola interna al liquido subisce attrazione in tutte le direzioni. Una molecola di superficie subisce attrazione solo verso l’interno del liquido Le forze attrattive intermolecolari agiscono sul liquido minimizzando l’area superficiale del liquido. Gocce di liquido di forma sferica La creazione di nuova superficie richiede di fornire energia al sistema. Tensione superficiale (g) è il lavoro necessario per aumentare la superficie di 1m2 Chimica Generale e Inorganica Sulle superfici idrofiliche (bagnabili) il liquido tende a salire lungo le pareti provocando 2 fenomeni: Menisco superficiale (superficie curva) Innalzamento capillare r h 2g h dgr g = accelerazione di gravità d = densità liquido r = raggio di curvatura l’innalzamento capillare dipende dal diametro del tubo: tanto minore è il diametro tanto maggiore l’innalzamento capillare Chimica Generale e Inorganica Evaporazione: passaggio dallo stato liquido allo stato vapore equilibrio dinamico evaporazione condensazione v evaporaz = v condensaz Tensione di vapore = pressione dovuta alle molecole di vapore sul liquido all’equilibrio ed alla temperatura considerata (DG = GV - GL= 0) Chimica Generale e Inorganica i liquidi evaporano anche a temperature inferiori alla temperatura di ebollizione Tensione (pressione) di vapore = pressione che esercita il vapore in equilibrio con il suo liquido (dipende dalla temperatura) Temperatura di ebollizione = la temperatura a cui la tensione di vapore eguaglia la pressione atmosferica (si formano bolle di vapore all’interno del liquido) Teb= H2O 100 °C a pressione atmosferica 760 mmHg 90 °C a pressione atmosferica 552 mmHg (3500 m ) Chimica Generale e Inorganica Frazione delle molecole di liquido con energia sufficiente a passare allo stato di vapore: curva di distribuzione di Maxwell-Boltzmann E* energia minima per lasciare il liquido E’ caratteristica di ogni liquido poiché dipende dalle forze di interazione intermolecolari. N E* N 0e P k e E* RT E* RT La pressione di vapore P dipende dal valore E* E* = DH di evaporazione pressione costante se l’energia è fornita sotto forma di calore, a Chimica Generale e Inorganica Legge di Clausius-Clapeyron: All’equilibrio: vcondensazione vevaporazione c1 P c 2 e ΔH evap c2 P e c1 RT DH ev RT ke DH ev RT passando ai logaritmi: ΔH ev lnP lnk RT DH ev log P log k 2,3RT Stato a P1 e T1 Stato a P2 e T2 DH ev log P1 log k 2,3RT1 DH ev log P2 log k 2,3RT2 sottraendo membro a membro DH ev 1 1 log P2 log P1 2,3R T2 T1 DH ev 1 1 P2 log P1 2,3R T2 T1 Chimica Generale e Inorganica Legge di Clausius-Clapeyron DH ev 1 1 P2 log P1 2,3R T2 T1 La tensione di vapore cresce con la temperatura (DHevap >0) ed è caratteristica per ogni sostanza poiché dipende dal tipo di interazioni tra le particelle. Chimica Generale e Inorganica Curva di riscaldamento di un solido: temperatura del solido in funzione del tempo di riscaldamento Durante un passaggio di stato la temperatura del sistema è costante. Il calore fornito serve a rompere i legami tra le particelle DHevap > DHfus Il calore specifico dipende dallo stato di aggregazione Chimica Generale e Inorganica Curva di raffreddamento di liquidi Solido amorfo sottoraffreddamento Chimica Generale e Inorganica Cambiamento di stato: Diagrammi di stato Diagramma di stato di H2O Parametri di stato: P e T Curve = rappresentano i punti di equilibrio tra due stati di aggregazione P k e Punto triplo = coesistono in equilibrio i tre stati di aggregazione ΔH liq RT Pc Punto critico = al di sopra di Tcr e Pcr non può esistere la fase liquidafluido supercritico DH ev RT DH sub RT P k e P k e Vsol > V liq 0°C Chimica Generale e Inorganica Diagramma di stato di CO2 (VL-VS) > 0 in condizioni standard CO2 è gas 1 -78,5° Chimica Generale e Inorganica Diagramma di stato dello zolfo 4 fasi 2 fasi solide rombico monoclino curve metastabili
