Presentazione di PowerPoint - e

Solido
Liquido
Gassoso
Stati di aggregazione della materia
Nello stato solido le molecole sono impaccate molto
strettamente e non possono scorrere le une sulle altre a causa
delle elevate forze di interazione intermolecolari
Nello stato liquido le molecole interagiscono tra loro ma
possono scorrere le une sulle altre in quanto le forze di
interazione intermolecolare sono meno intense che nel solido
Nello stato gassoso le molecole non interagiscono tra loro e
tendono ad occupare tutto lo spazio disponibile, le forze di
interazione intermolecolare sono molto deboli
L’ACQUA
Solido
(ghiaccio)
Liquido
Gassoso
(vapore)
Solido
Liquido
Gassoso
Stati di aggregazione della materia
Nello stato solido le molecole sono impaccate molto
strettamente e non possono scorrere le une sulle altre a causa
delle elevate forze di interazione intermolecolari
Nello stato liquido le molecole interagiscono tra loro ma
possono scorrere le une sulle altre in quanto le forze di
interazione intermolecolare sono meno intense che nel solido
Nello stato gassoso le molecole non interagiscono tra loro e
tendono ad occupare tutto lo spazio disponibile, le forze di
interazione intermolecolare sono molto deboli
Cambiamento di stato: passaggio da uno stato di aggregazione all’altro,
le proprietà chimiche non cambiano
temperatura o
pressione
Gas
temperatura
Liquido
temperatura o
pressione
Lo stato gassoso è
comprimibile
Solido
temperatura
Lo stato liquido e lo stato solido
non sono comprimibili
Proprietà di superficie dei liquidi
Un liquido tende a
contrarsi per ridurre al
minimo la propria
superficie
Le molecole della
superficie tendono ad
interagire con quelle
interne
La tensione
superficiale
diminuisce
all’aumentare della
temperatura
La tendenza di un liquido a ridurre la propria
superficie si manifesta come una tensione verso
l’interno e viene indicata come TENSIONE
SUPERFICIALE
TENSIONE SUPERFICIALE
Energia richiesta per vincere la tendenza di un liquido a
minimizzare la propria superficie
Tensione superficiale
Le sostanze tensioattive riducono
la tensione superficiale dei liquidi
•Sali biliari: riducono la tensione
superficiale dei grassi favorendone
la digestione
• Surfattante polmonare: impedisce
agli alveoli polmonari di collassare e
ne favorisce l’espansione durante
l’inspirazione
L’acqua ha una tensione superficiale circa 3
volte maggiore di quella di altri liquidi comuni
per la presenza di legami idrogeno
PRESSIONE DI VAPORE
EVAPORAZIONE
PRESSIONE DI VAPORE
All’equilibrio:
velocità di evaporazione =
velocità di condensazione
Pressione gassosa corrispondente ad uno stabile
equilibrio liquido-vapore ad una temperatura prefissata;
il suo valore è costante a superficie costante
EVAPORAZIONE
pressione di vapore
<pressione atmosferica
EBOLLIZIONE
pressione di vapore =
pressione atmosferica
I liquidi con un elevata pressione di vapore si dicono volatili
(L’etanolo ha una pressione di vapore maggiore di quella dell’acqua)
•Le SOLUZIONI sono miscele omogenee di 2 o più
componenti che sono indistinguibili
•In una miscela omogenea si distingue una sola fase
•I componenti di una soluzione sono
SOLVENTE: componente presente in maggiore quantità,
mantiene il proprio stato di aggregazione
SOLUTO: sostanza disciolta nel solvente
Nel processo di DISSOLUZIONE
•le interazioni tra le molecole di soluto (soluto-soluto)
vengono sostituite da quelle con il solvente (soluto-solvente)
•La formazione dei legami soluto-solvente non altera le
proprietà chimiche né del soluto né del solvente
SOLUZIONI LIQUIDE
•gas + liquido (O2, CO2 + H2O )
•liquido + liquido (alcool + H2O)
•solido + liquido (sale, zucchero + H2O
SOLUZIONI SOLIDE
SOLUZIONI GASSOSE
ottone (rame + zinco)
gas + gas (aria)
I fluidi biologici sono delle soluzioni acquose contenenti
vari tipi di soluti (solidi, gas)
Passaggio in soluzione
i legami fra le molecole del soluto (legami soluto-soluto)
sono sostituiti da quelli con il solvente
La formazione dei nuovi legami soluto-solvente non
altera le proprietà chimiche né del soluto né del
solvente
Solubilità
quantità massima di soluto che può essere disciolta in
una certa quantità di solvente a temperatura costante
SIMILE SCIOGLIE SIMILE
•un buon solvente simula l’ambiente del soluto
•una sostanza polare si scioglie in un solvente polare
•una sostanza apolare si scioglie in un solvente apolare
L’acqua è un buon solvente per
composti ionici
composti nei quali le
molecole sono tenute
insieme da legami
idrogeno
COMPOSTI IONICI
le molecole di acqua si orientano intorno agli ioni fino
ad indebolire le forze di attrazione tra gli ioni
circondandoli completamente
solvatazione
NaCl + H2O
Na+idratato
Cl- idratato
COMPOSTI IONICI
le molecole di acqua si orientano intorno agli ioni fino
ad indebolire le forze di attrazione tra gli ioni
circondandoli completamente
Na+
idratato
Clidratato
Scioglimento di composti nei quali le molecole sono tenute
insieme da legami idrogeno
d+
d-
d+
d-
d+
d-
H
d+
d-
d+
O d-
H
H2O
H2O
H2O
H2O
le molecole di acqua si orientano intorno alle molecole fino
ad indebolire le forze di attrazione tra le molecole (legami
idrogeno) circondandole completamente
Solubilità di un solido covalente polare in un
solvente polare
CH2OH
H
C
C
H
OH
OH C
H
O
H
H
C
C
OH
=
=
OH
glucosio
Il glucosio forma con l’acqua legami idrogeno. Da un cristallo
si separano molecole idratate.
Solubilità dei gas nei liquidi
Legge di Henry
La solubilità di un gas in un liquido è proporzionale alla
pressione parziale ( a temperatura costante)
c = Kp
c= concentrazione del gas in soluzione
p= pressione parziale
La solubilità di un gas in un liquido viene espressa dal
coefficiente di assorbimento Ca
Ca = ml gas /ml acqua
TEMPERATURA (°C)
0
10
20
40
N2
0,0235
0,0186
0,0154
0,0118
O2
0,0489
0,0380
0,0310
0,0230
CO2
1,7100
1,1900
0,8800
0,5300
Il Ca diminuisce
all’aumentare della
temperatura
MISURA DELLE CONCENTRAZIONI DELLE
SOLUZIONI
La concentrazione esprime il rapporto tra la quantità di soluto e di
solvente
Molarità (M) = numero di moli di soluto presenti in 1 litro di
soluzione
Percentuale (%) = rapporto percentuale tra quantità di soluto
e quantità di solvente
% peso/volume (P/V) = grammi di soluto presenti in 100 ml di
soluzione
SOLUZIONE NON ELETTROLITICA
•Non conduce la corrente elettrica in quanto non contiene
ioni
•Il soluto è presente sotto forma di molecole
NON ELETTROLITA
Composto che disciolto in acqua non dà origine a ioni
NON Elettroliti: C6H12O6; CO(NH2)2; CCl4; CH3OH, C2H5OH; O2
SOLUZIONE ELETTROLITICA
Conduce la corrente elettrica in quanto contiene ioni
ELETTROLITI
composti con legami ionici e covalenti che disciolti in
acqua sono presenti sotto forma di ioni (SALI, ACIDI, BASI)
ELETTROLITA IN SOLUZIONE
dissocia se era già
costituito da ioni
es.: NaCl
Ionizza e dissocia
es.: HCl
NaCl + H2O
HCl + H2O
Na+idratato
H+idratato
Cl- idratato
Cl- idratato
• Alcuni elettroliti dissociano quando si trovano in acqua
Alcuni ACIDI
HCl
+
H 2O
molecola
H+aq + Cl- aq
ioni
Alcune BASI
NaOH
molecola
+
H 2O
Na+aq + OH- aq
ioni
il verbo dissociare racchiude i 2 fenomeni di
ionizzazione e separazione tra le cariche
•ELETTROLITI FORTI: sono presenti in soluzione totalmente
sotto forma di ioni, ossia completamente dissociati
HCl
+
H 2O
molecola
NaOH
H+aq + Cl- aq
ioni
+
H 2O
molecola
Na+aq + OH- aq
ioni
•ELETTROLITI DEBOLI: sono presenti in soluzione
parzialmente dissociati sotto forma di ioni e parzialmente
indissociati sotto forma di molecole
HA
molecola
+
H 2O
H+aq + A- aq
ioni
•ELETTROLITI DEBOLI: sono presenti in soluzione
parzialmente dissociati sotto forma di ioni e parzialmente
indissociati sotto forma di molecole
HA
+
H+aq + A- aq
H2 O
molecola
ioni
Per un ELETTROLITA DEBOLE generico AB è possibile
definire
AB
A+ + B-
La dissociazione è parziale, si stabilisce un
EQUILIBRIO CHIMICO tra molecole indissociate e ioni
K = [A+] [B-]/[AB]
K = costante di dissociazione
SOLUZIONE NON ELETTROLITICA
•Non conduce la corrente elettrica in quanto non contiene
ioni
•Il soluto è presente sotto forma di molecole
NON ELETTROLITA
Composto che disciolto in acqua non dà origine a ioni
L’acqua è un elettrolita debole
Equilibrio di dissociazione dell’acqua
H2O
H+ + OH-
Lo ione H+ in soluzione non esiste come tale ma
si combina con una molecola di acqua
H+ + H2O
H3O+
Pertanto
2H2O
H3O+ + OH-
Costante Kw (Kwater)
Kw = [H3O+] [OH-] / [H2O]2
La [H3O+] = [OH-] e a 25° C corrisponde a 10-7 M
La [H2O] = 55,5 M
sostituendo si ha
Kw = 10-7 x 10-7 / 55,52
La [H2O] è elevata e costante, quindi
Kw = 10-7 x 10-7 / 55,52
Kw = 10-7 x 10-7 = 10-14
La [H3O+] = [OH-] e a 25° C corrisponde a 10-7 M
La [H2O] = 55,5 M
sostituendo si ha
Kw = 10-7 x 10-7 / 55,52
La [H2O] è elevata e costante, quindi
Kw = 10-7 x 10-7 / 55,52
Kw = 10-7 x 10-7 = 10-14
Prodotto ionico dell’acqua
In base al valore di Kw e al valore della [H3O+] e di [OH-] è
stato stabilito un criterio per decidere il carattere acido,
basico o neutro di una soluzione
[H3O+] > 10-7 M
[H3O+] < 10-7 M
[H3O+] =10-7 M
soluzione acida
soluzione basica
soluzione neutra
Per comodità di calcolo il valore della [H3O+] viene espresso
come -log (in base 10) della [H3O+] ed indicato come pH
pH = - log [H3O+]
Pertanto:
soluzione acida : [H3O+] > 10-7 M, pH < 7
soluzione basica: [H3O+] < 10-7 M, pH > 7
soluzione neutra: [H3O+] = 10-7 M, pH = 7
La scala di pH comunemente usata va da 0 a 14
Noto il pH è possibile calcolare il pOH
Kw = [H3O+] [OH-] = 10-7 x 10-7 = 10-14
applicando il -log
-log Kw = -log [H3O+]- log [OH-] = -log 10-7 -log 10-7 = –log 10-14
-pKw
= pH
-log 10-7 = 7
+ pOH
pH = 7; pOH = 7
-log 10-14= 14; pKw = 14
pOH = 14 - pH
Operatore p = colog
[H3O+], M
pH
[OH-], M
1
0
10-14
10-1
1
10-13
10-2
2
10-12
10-3
3
10-11
10-4
4
10-10
10-5
5
10-9
I limiti della scala del pH
Neutro
Acido
Alcalino
pH
Acqua di mare
Plasma sanguigno
Liquido interstiziale
Muscolo
Fegato
Succo gastrico
Succo pancreatico
Saliva
Latte
Urina
Pomodoro
Pompelmo
Coca-cola
Limone
7.4 (7.0 ÷ 7.6)
7.4
7.4
6.1
6.9
1.2 ÷ 3.0
7.8 ÷ 8.0
6.3 ÷ 6.8
6.6
5÷8
4.3
3.2
2.8
2.3
ACIDI E BASI
1887: Arrhenius definisce
acido la sostanza che in soluzione dissocia H+
HCl
H+ + Cl-
base la sostanza che in soluzione dissocia OH-
NaOH
Na+ + OH-
Sistema acido-base coniugati secondo Brönsted-Lowry (1923)
base
CH3COOH + H2O
acido
acido
H3O++ CH3COObase
Acidi e Basi
Acido secondo Brönsted-Lowry è un donatore di protoni
Base secondo Brönsted-Lowry è un accettore di protoni
Coppie acido-base coniugate
Donatore di H+
Accettore di H+
CH3COOH  H+ + CH3COONH4+  H+ + NH3
HOH  H+ + OHL’acqua è una sostanza
anfiprotica in quanto si
può comportare sia da
acido che da base
Forza degli acidi
Ogni acido avrà una diversa tendenza
a cedere il suo protone
Acidi forti lo lasciano prontamente
Acidi deboli avranno maggiore affinità
per il loro protone
SOLUZIONE TAMPONE
Soluzione il cui pH non è modificato dall’aggiunta di
modiche quantità di acido o di base forti
Una soluzione tampone è costituita da
Acido debole in presenza
della propria base
coniugata
Base debole in presenza
del proprio acido
coniugato
CH3COOH/CH3COO-
NH3/NH4+