Liquidi e Solid i - uniroma2.it · Confronto fra Gas, Liquidi e Solidi ... Equilibrio Solido-Gas ....
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Liquidi e Solidi
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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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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
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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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
© 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
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.