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1 Liquidi e Solidi Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Liquidi e Solid i - uniroma2.it · Confronto fra Gas, Liquidi e Solidi ... Equilibrio Solido-Gas . 22 La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore

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Liquidi e Solidi

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Confronto fra Gas, Liquidi e Solidi –  I Gas sono fluidi comprimibili. Le loro molecole sono ben separate. –  I Liquidi sono fluidi relativamente incomprimibili. Le loro molecole sono

molto più fortemente impaccate. –  I Solidi sono pressochè incomprimibili e rigidi. Le loro molecole o ioni

sono a stretto contatto e non possono muoversi.

Stati della Materia

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Proprietà dei Liquidi

La Tensione Superficiale è la quantità di energia richiesta per aumentare la superficie di un liquido.

Forze intermolecolari

forti

Alta tensione

superficiale

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Proprietà dei Liquidi

Coesione è l’attrazione intermolecolare fra molecole simili

Adesione è un’attrazione fra molecole diverse

Adhesion

Cohesion

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Proprietà dei Liquidi

Viscosità è la misura della resistenza al flusso di un fluido.

Forze intermolecolari

forti

Alta viscosità

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Un solido cristallino possiede un ordine rigido ed a lungo-raggio. In un solido cristallino, gli atomi, le molecole o gli ioni occupano posizioni specifiche (prevedibili). Un solido amorfo non ha una ben definita disposizione ed un ordine molecolare a lungo raggio.

Una cella unitaria è l’unità strutturale ripetitiva di base di un solido cristallino.

lattice point

Unit Cell Unit cells in 3 dimensions

At lattice points:

•  Atoms

•  Molecules

•  Ions

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Sette Celle Unitarie

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Tre Tipi di Celle Cubiche

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Arrangement of Identical Spheres in a Simple Cubic Cell

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Arrangement of Identical Spheres in a Body-Centered Cubic Cell

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Number of Atoms Per Unit Cell

1 atom/unit cell (8 x 1/8 = 1)

2 atoms/unit cell (8 x 1/8 + 1 = 2)

4 atoms/unit cell (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)

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Tipi of Cristalli Cristalli Ionici •  Formati da cationi ed anioni •  Legame ionico •  Duri, fragili, punti di fusione elevati •  Cattivi conduttori di calore ed elettricità

CsCl ZnS CaF2

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Tipi di Cristalli Cristalli Covalenti •  Unità costituite da atomi •  Legami covalenti •  Duri, elevati punti di fusione •  Cattivi conduttori di calore ed elettricità

diamond graphite

carbon atoms

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Tipi di Cristalli

Cristalli Molecolari •  Unità fatte da molecole •  Forze intermolecolari •  Molli, bassi punti di fusione •  Cattivi conduttori di calore ed elettricità

acqua benzene

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Tipi di Cristalli Cristalli Metallici •  Unità costituite da atomi •  Legame metallico •  Molli o duri, punti di fusione variabili •  Buoni conduttori di calore ed elettricità

Cross Section of a Metallic Crystal

nucleus & inner shell e-

mobile “sea” of e-

© Dario Bressanini

I cambiamenti di fase richiedono energia per vincere le forze intermolecolari

Fasi della Materia

17 Maggior Ordine

Minor Ordine

Cambi di Fase

Transizioni di Fase

•  Fusione: solido - liquido. •  Congelamento: liquido - solido. •  Vaporizzazione: solido (o liquido)

- gas. Solido - vapore viene chiamata sublimazione.

•  Condensazione: gas – liquido (o solido). Gas - solido viene definita deposizione.

H2O(s) → H2O(l) H2O(l) → H2O(s)

H2O(l) → H2O(g)

o H2O(s) → H2O(g)

H2O(g) → H2O(l)

o H2O(g) → H2O(s)

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H2O (s) H2O (l)

Il punto di fusione di un solido (o il punto di congelamento di un liquido) è la temperatura in cui la fase solida e la fase liquida coesistono

Equilibrio Solido-Liquido

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Il Calore Molare di fusione (ΔHfus) è l’energia richiesta per fondere 1 mole di una sostanza solida al suo punto di congelamento.

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H2O (s) H2O (g)

Il Calore Molare di sublimazione (ΔHsub) è l’energia richiesta per sublimare 1 mole di un solido. ΔHsub = ΔHfus + ΔHvap

( Legge di Hess)

Equilibrio Solido-Gas

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La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore quando esiste un equilibrio dinamico fra condensazione ed evaporazione

H2O (l) H2O (g)

Velocità di condensazione

Velocità di evaporazione =

Equilibrio Dinamico

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Prima della evaporazione

All’ Equilibrio

Misura della Tesione di Vapore

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Il punto di ebollizione è la temperatura in cui la tensione di vapore di un liquido eguaglia la pressione esterna.

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La temperatura critica (Tc) è la temperatura sopra la quale esiste il gas, che si distingue dal vapore perchè non può essere liquefatto per semplice compressione.

La pressione critica (Pc) è la pressione minima che deve essere applicata per liquefare una sostanza alla temperatura critica.

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Il Calore Molare di vaporizzazione (ΔHvap) è l’energia richiesta per vaporizzare 1 mole di un liquido al punto di ebollizione.

ln P = - ΔHvap

RT + C

Equazione di Clausius-Clapeyron P = (equilibrium) vapor pressure

T = temperature (K)

R = gas constant (8.314 J/K•mol)

Vapor Pressure Versus Temperature

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Forme integrate dell’ Equazione di Clausius-Clapeyron

A due temperature

o

© Dario Bressanini

Un diagramma di fase mostra le fasi di una sostanza presenti ad una certa pressione e temperatura

O°C 100°C

1atm

Solido

Liquido

Vapore

GAS

(VAPORE)

LIQUIDO

SOLIDO

Diagrammi di Fase

© Dario Bressanini

Diagrammi di fase •  Le linee mostrano dove due fasi coesistono. •  Al punto triplo coesistono tre fasi. •  La linea Liquido/Vapore termina al punto critico

© Dario Bressanini

Punto Critico " Al punto critico Liquido e Gas sono indistinguibili

© Dario Bressanini

Ghiaccio meno denso dell’acqua

Ghiaccio secco: più denso della CO2 liquida

Diagrammi di Fase: Caratteristiche " Pendenza della linea Solido/Liquido

© Dario Bressanini

Diagramma di Stato dell’Acqua •  Come variano i punti di ebollizione e

solidificazione variando la pressione?

© Dario Bressanini

Diagramma di stato dell’acqua

Come è possibile pattinare sul Ghiaccio ?

Basta osservare il diagramma di fase!!

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Density of Water

Massima Densità 4°C

Il ghiaccio è meno denso dell’acqua

L’acqua è una Sostanza Unica 3-D Struttura dell’Acqua

© Dario Bressanini

Ghiaccio Acqua

Diagramma di Fase dell’Acqua •  Sono presenti:

–  una fase liquida –  una fase gassosa –  varie fasi solide.

© Dario Bressanini Carbonio

Diossido di Carbonio

Esempi di Diagrammi di Fase

© Dario Bressanini

Fasi Metastabili •  È possibile raffreddare

l’acqua liquida sotto 0 °C, e riscaldarla sopra i 100 °C, mantenendola allo stato liquido.

•  La fase è metastabile, e tende a trasformarsi, rispettivamente, in ghiaccio o vapore

•  Si parla di liquido superraffreddato o superriscaldato