MODULI CHIMICA-FISICA IV CH a.s. 2006/2007 prof. Alfredo Tifi LEGAMI INTERMOLECOLARI (settembre) Concetti: differenza di elettronegatività; legame eteropolare; legame apolare; repulsione tra coppie elettroniche di valenza; simmetria/asimmetria della distribuzione elettronica; molecola polare e apolare; dipolo; legame intermolecolare; forze dipolo-dipolo; legame a idrogeno; legame H intramolecolare; dipolo istantaneo; dipolo indotto; forze di London. Modelli e teorie: teoria VSEPR. Obiettivi: 1. Stabilire la polarità o meno di un legame; 2. Prevedere la disposizione geometrica delle coppie di legame intorno a un atomo centrale e la conseguente simmetria della distribuzione elettronica, sulla base della teoria VSEPR; 3. Stabilire la polarità/apolarità di una molecola sulla base delle differenze di elettronegatività e della simmetria della molecola; 4. Riconoscere la presenza di legami dipolo-dipolo, legami a idrogeno o di forze di London in semplici sostanze molecolari e comparare la differente entità di tali forze in serie omologhe di sostanze. I GAS (ottobre - novembre) Concetti: energia cinetica traslazionale; urto molecolare; variazione di velocità e forza; pressione; energia cinetica molare; distribuzione delle velocità e delle energie. Coefficiente di compressibilità; isoterma di Boyle; coefficiente di pressione interna; forza intermolecolare; covolume; volume molare; dimensioni molecolari; densità; temperatura di Boyle; temperatura di liquefazione, isoterme dei gas reali; punto critico; equilibrio liquido-vapore; espansione/compressione adiabatica; effetto Joule Thomson; temperatura di inversione. Modelli e teorie: teoria cinetico molecolare (Clausius Krönig). Modello di gas ideale. Modello di van der Waals. Obiettivi: 5. Calcolare l’energia cinetica media traslazionale e la velocità quadratica media di una molecola di un gas dalla temperatura, dal peso molecolare e dalla pressione e densità; 6. descrivere come si modifica la distribuzione delle energie e delle velocità al variare della temperatura; 7. determinare le deviazioni dall’idealità di un gas reale, in termini di coefficiente di compressibilità, a partire dal valore della densità; 8. tracciare la curva del coefficiente di compressibilità in funzione della pressione per temperature inferiori e superiori alla temperatura di Boyle e riconoscere le situazioni di prevalenza dei coefficienti a e b. 9. interpretare le deviazioni dal comportamento ideale di un gas in base al modello di van der Waals; 10. calcolare la pressione di un gas a temperatura e volume dati secondo i modelli ideale e di van der Waals e compararla con la pressione effettiva. 11. descrivere le deviazioni dall’idealità delle isoterme di compressione dei gas e vapori reali, in termini di isoterma critica, punto critico, diagramma di Andrews e curva di Mathias, pressione e temperatura di liquefazione a T = cost e a P = cost. 12. correlare le diverse grandezze che definiscono le deviazioni dall’idealità di un gas reale (temperatura di critica, temperatura di liquefazione) con i parametri del modello di vdW; 13. calcolare l’entità della variazione di temperatura connessa con l’espansione adiabatica di un gas in base al calore specifico a pressione costante ed ai parametri di van der Waals. STATI CONDENSATI (dicembre – gennaio) Concetti: forza viscosa; gradiente di velocità; forza di taglio; viscosità dinamica; velocità limite; perdita di carico viscosa; flusso laminare/turbolento; numero di Reynolds; influenza della temperatura sulla viscosità (liquidi e gas). Diffusione; moto browniano. Tensione interfacciale lineare; energia superficiale; innalzamento capillare; lavoro di adesione; lavoro di coesione; angolo di contatto; stalagmometro; tensioattivi. Cristallo; amorfo; anisotropia; reticolo cristallino; cella elementare; sistemi cristallografici; interferenza costruttiva/distruttiva; riflessione selettiva; trasmissione selettiva; diffrattogramma; distanze e angoli reticolari; numero di coordinazione; strutture impaccate; cella hcp; cella ccp. Modelli e teorie: leggi dei Bragg e di Fraunhofer della diffrazione. Obiettivi: 14. Definire la viscosità in termini di grandezze fisiche correlate; 15. calcolare la velocità di flusso in regime viscoso attraverso un tubo sottile e la velocità limite di un oggetto sferico in moto in un fluido. 16. calcolare l’ampiezza della distribuzione diffusione in funzione del tempo e il coefficiente di diffusione di una particella di raggio r. 17. Calcolare la massa di liquido in un capillare, di una goccia sospesa a uno stalagmometro, che può essere sorretta da una membrana liquida. 18. Calcolare il lavoro di adesione e l’angolo di contatto (bagnabilità di una superficie) 19. Descrivere il meccanismo di azione dei tensioattivi. 20. Elencare le caratteristiche peculiari di un solido cristallino 21. riconoscere li sette sistemi cristallini; 22. ricavare le dimensioni reticolari dagli angoli di diffrazione e dalla lunghezza d’onda. 23. determinare il numero di atomi contenuti nella cella elementare e il numero di coordinazione dei vari tipi di impaccamento. ENERGIA NEI SISTEMI (febbraio – marzo) Concetti: energia cinetica; lavoro meccanico; energia interna come somma di fattori microscopici; energia cinetica rotazionale, energia vibrazionale, energia potenziale; gradi di libertà; principio di equipartizione; capacità termica molare; variabili macroscopiche; sistema; sistema chiuso; ambiente; stato di un sistema macroscopico; variazione di energia in un sistema macroscopico; funzione di stato; funzioni del processo; calore; lavoro di espansione; entalpia; entalpia standard di formazione; variazione dell’entalpia di reazione. Modelli e teorie: teorema di equipartizione dell’energia; legge di Dulong e Petit; primo principio della termodinamica Obiettivi: 24. Determinare i gradi di libertà di una molecola e la sua energia media ad alte temperature; 25. Calcolare la capacità termica molare a volume e a pressione costante di un gas a temperatura ambiente. 26. Calcolare il calore, il lavoro e la variazione di energia interna in trasformazioni a pressione e volume costante. 27. Calcolare rH e rE di reazioni chimiche. TRASFORMAZIONI SUL PIANO P-V (aprile – maggio) Concetti: trasformazione isocora, isobara, isoterma; integrale definito; adiabatica; trasformazione ciclica; trasformazione reversibile; trasformazione irreversibile. Obiettivi: 28. Disegnare una trasformazione di un gas nel piano P-V; 29. Calcolare il lavoro come integrale definito nelle trasformazioni isobara e isoterma, reversibili e irreversibili; 30. Calcolare il calore e le variazioni delle funzioni di stato H ed E nelle trasformazioni isocora, isobara e isoterma, nel caso reversibile e irreversibile; 31. Calcolare il lavoro e le variazione di P, V e T nelle trasformazioni adiabatiche reversibili e irreversibili di gas ideali.