H ev

I liquidi: generalità
•
•
•
•
I liquidi sono dotati di volume proprio ma si
presentano privi di forma, assumendo quella del
recipiente che li contiene
Le forze intermolecolari tra le particelle di un liquido
sono intermedie tra quelle che si instaurano nei solidi e
quelle che si hanno nei gas
A parità di temperatura, la densità di un liquido è
intermedia tra quelle osservate per una sostanza
gassosa e una solida
I liquidi (e i solidi) presentano una superficie, che
presenta delle caratteristiche molto diverse da quelle
che si riscontrano all’interno della loro massa
Rappresentazione delle interazioni
all’interno e sulla superficie di un liquido
L’evaporazione
•
•
L’evaporazione rappresenta il passaggio dallo
stato liquido allo stato gassoso
Evaporazione in un recipiente aperto:
svuotamento del recipiente
Ecin > Eint
• Evaporazione in un
recipiente chiuso:
equilibrio dinamico
L’evaporazione
•
Gli urti che coinvolgono le particelle passate allo
stato gassoso ne provocano la condensazione
(passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido)
di alcune di queste molecole
EQULIBRIO DINAMICO
•
Nev = Ncond
•
Vev=Vcond
L’evaporazione
(la tensione o pressione di vapore)
•
La pressione esercitata dalle molecole nella fase
gassosa sulla superficie del liquido è chiamata
TENSIONE di VAPORE
La tensione
o
pressione di
vapore
e la sua
dipendenza
dalla T
Relazione tra P e T
•
•
La quantità di calore da somministrare per portare in fase
gassosa una mole di liquido è la variazione di entalpia
molare di evaporazione (∆Hev).
All’equilibrio, la velocità di evaporazione del liquido è
uguale alla velocità di condensazione del gas
vev = vcond
vev = k1e
∆H ev
−
RT
vcond = k 2 P
Relazione tra P e T
All’equilibrio, vev = vcond
vev = k1e
k1e
•
∆H ev
−
RT
∆H ev
−
RT
vcond = k 2 P
= k2 P
La tensione di vapore è tanto più elevata quanto
più T è alta e ∆Hev è bassa
k1
P= e
k2
P = k3e
∆H ev
−
RT
∆H ev
−
RT
Relazione tra P e T
P = k3e
∆H ev
−
RT
Applicando l’operatore logaritmo:

log P = log k3e

∆H ev
−
RT




Consideriamo ora due generiche pressioni di vapore di un liquido P1
e P2 alle due corrispondenti T:

log P1 = log k3e


( ∆H ev )1
−
RT1




H ev ) 2
 − ( ∆RT
2
log P2 = log k3e






Relazione tra P e T

log P1 = log k3e


( ∆H ev )1
−
RT1




(∆H ev )1
log P1 = log k3 −
2,3RT1
H ev ) 2
 − ( ∆RT
2
log P2 = log k3e






(∆H ev ) 2
log P2 = log k3 −
2,3RT2
Sottraendo membro a membro e eguagliando si ha:
(∆H ev )1 (∆H ev ) 2
+
log P1 − log P2 = −
2,3RT1
2,3RT2
Relazione tra P e T
(∆H ev )1 (∆H ev ) 2
+
log P1 − log P2 = −
2,3RT1
2,3RT2
Se T1 eT2 differiscono di poco tra loro (≅ 10 K), allora (∆Hev)1 ≅ (∆Hev)2
∆H ev
P1
log = −
P2
2,3R
1 1 
 − 
 T1 T2 

LEGGE DI CLAUSIUS-CLAPEYRON:
dipenza della tensione di vapore di una
sostanza dalla temperatura
Passaggi di stato nei sistemi a
un componente
•
•
Gli stati di aggregazione della materia sono determinati
dalle forze intermolecolari esistenti tra le particelle
Sottraendo o fornendo energia sottoforma di calore si
possono modificare queste forze facendo avvenire un
cambiamento o passaggio di stato
Calore nelle transizioni di fase
Una qualsiasi transizione di fase implica liberazione o assorbimento
di energia sottoforma di calore.
In particolare è richiesto calore per:
- far fondere un solido
(fusione)
- far evaporare un liquido (evaporazione)
- far evaporare un solido (sublimazione)
Ovvero questi processi fisici sono endotermici (
Al contrario i processi inversi sono esotermici (
producono la stessa quantità di calore.
∆H>0).
∆H<0) e
Curve di riscaldamento di un
solido
•
Riscaldiamo una sostanza solida a pressione costante
(p=1atm) a partire da Ti e di seguire la variazione di T in
funzione del tempo
∆Hev > ∆Hfus
Curve di
raffreddamento/riscaldamento
Diagrammi di stato
•
Nei diagrammi di stato a un componente vengono
riportate le curve di equilibrio tra i vari stati di
aggregazione di un determinato sistema.
P, T
Tensione di vapore alla
temperatura T
FUSIONE
CONDENSAZIONE
CONGELAMENTO
P
X
SUBLIMAZIONE
EVAPORAZIONE
BRINAMENTO
T
T=70°C
P=253 mmHg
T=100°C
T=70°C
P=760 mmHg P=253 mmHg
Diagramma di stato dell’acqua
Stato
SUPERCRITICO
PRESSIONE
CRITICA
TEMPERATURA CRITICA
Diagramma di stato dell’acqua
Curva b
∆H ev
P
log 1 = −
P2
2,3R
1 1 
 − 
 T1 T2 
Curva a
∆H sub
P
log 1 = −
P2
2,3R
1 1 
 − 
 T1 T2 
Equazione di
Clapeyron espressa in
forma logaritmica
dP ∆H fus
=
dT T∆V
Equazione di
Clapeyron espressa in
forma differenziale
Perché è possibile
sciare sul ghiaccio?
Durante la
dP
fusione l’acqua
<0
diminuisce di
dT
volume
Peculiarità dell’acqua, dovuta alla
PRESENZA di LEGAMI a IDROGENO
∆V <0
Diagramma di stato di CO2
Tcr = 31.0 °C
Pcr = 72.9 atm
H2O
Tcr = 374.1 °C
Pcr = 218.3 atm