Lezione 13_Modulo 4 MedBioTEc Stati aggregazione PDF

Corso di Chimica Generale Corso di laurea MedBioTec - AA 2022/2023 Modulo 4 Stati di aggregazione: Prof. Sabrina Conoci  Argomenti STATI DI AGGREGAZIONE: PROPRIETÀ GENERALI DI SOLIDI, LIQUIDI, GAS. EQUAZIONE DI STATO...

Corso di Chimica Generale Corso di laurea MedBioTec - AA 2022/2023 Modulo 4 Stati di aggregazione: Prof. Sabrina Conoci  Argomenti STATI DI AGGREGAZIONE: PROPRIETÀ GENERALI DI SOLIDI, LIQUIDI, GAS. EQUAZIONE DI STATO DI GAS. MISCELE DI GAS; PRESSIONI PARZIALI. CAMBIAMENTI E DIAGRAMMI DI STATO; LORO USO.  Il “percorso” del Corso Campione Metodi fisici Miscele omogenee Miscele eterogenee (soluzioni) Metodi fisici Siamo qui! Sostanze Pure Metodi chimici Composti Elementi Atomi  Il Modello di Gas Ideale Un gas ideale è un gas formato da particelle (atomi o molecole) che hanno le seguenti proprietà: Le particelle sono puntiformi (il loro volume è trascurabile rispetto al volume totale); Le interazioni tra le particelle, cioè i legami intermolecolari, sono nulle (sono trascurabili rispetto all’energia cinetica delle particelle stesse); Gli urti delle particelle tra loro e con le pareti sono urti perfettamente elastici (si conserva l'energia meccanica totale del sistema, ed in particolare l'energia cinetica) L’energia cinetica media di una particella è proporzionale alla temperatura assoluta T (per un atomo, Ec = 3/2 kT).  Costanti fisiche fondamentali quantità simbolo valore unità costante di Avogadro NA 6,0221420 ´ 1023 mol–1 costante di Faraday F 96485,342 C mol–1 costante di Bolzmann k 1,380650 ´ 10–23 J K–1 costante molare dei gas R 8,31447 J mol–1 K–1 0,0831447 L bar mol–1 K–1 0.0820575 L atm mol–1 K–1 volume molare dei gas Vm T = 0 °C, p = 1 bar 22,71098 L T = 0 °C, p = 1 atm 22,41400 L R = k x NA TPS: Temperatura e Pressione Standard Per i gas: 0°C e 1 atm Unità di misura non SI grandezza nome simbolo valore Joule energia caloria cal 4,184 J litro atmosfera L atm 1,01325 ´ 102 J pressione atmosfera atm 1,01325 ´ 105 Pa Pascal bar bar 1 ´ 105 Pa torr Torr (mmHg) 1,33322 ´ 102 Pa °C temperatura grado Celsius °C 1K* m3 volume litro L 1 ´ 10–3 m3 * t(°C) = T(K) – 273,15  Distribuzione delle velocità molecolari in un gas Distribuzione della velocità 100 ° C per le molecole di O2 alle 20 ° C temperature di -100 °C (linea rossa), 20 °C (linea 600 ° C tratteggiata verde) e 600 °C (punteggiata blu). A 25 °C la velocità media di un atomo di He è ca 1260 m/s, quella di una molecola di N2 è ca 475 m/s. la velocità media aumenta con l’aumetare della T  Il Modello di Gas Ideale La pressione esercitata dal gas sulle pareti del recipiente è dovuta agli urti delle particelle contro le pareti; L’entità della pressione dipende dal numero di urti e dalla loro forza; Il numero di urti dipende dalla “ densità ” delle particelle, e quindi dipende direttamente dal loro numero ed inversamente dal volume del recipiente; La forza degli urti dipende dalla energia cinetica media delle particelle che è a sua volta proporzionale alla temperatura assoluta del gas.  Il Modello di Gas Ideale Per un modello di sostanza gassosa costituita da particelle senza volume proprio e senza forze di attrazione reciproche, lo sviluppo matematico origina la seguente legge: PV=nRT V = volume P = pressione n = numero di moli T = temperatura assoluta R = costante generale dei gas = 8,31 Pa m3 mol-1 K-1 = 0,0831 bar L mol-1 K-1 = 0,0820 atm L mol-1 K-1  Il Modello di Gas Ideale Nel caso di miscele: PV=nRT Miscele di gas : P V = (S ni) R T Pressione parziale: pi = ni R T / V = P ni / (Sni) = P xi Dove xi è la frazione molare del componente i-esimo; la studieremo quando vedremo le concentrazioni (importante!)  I Gas Reali L’equazione più usata per rappresentare il comportamento dei gas reali (in cui cioè le particelle si attraggono tra di loro e sono dotate di un volume proprio) è l’equazione di Van der Waals: l volume delle L'interazione tra le molecole non è nullo molecole non è nulla à à il V del recipiente in genera una di pressione cui le molecole sono interna. libere di muoversi è Rispetto ai gas ideali la (P + n2a/V2) x (V-nb) = n R T inferiore perché una pressione di un gas reale parte dello spazio è sulle pareti del recipiente è occupato dal volume ridotta dalla forza di delle molecole. attrazione tra le molecole del gas. Dove il termine n2a/V2 rappresenta le interazioni tra le molecole, mentre b (il covolume) rappresenta il volume di una mole di molecole.  Il Gas Reale 2. < T, > deviazione (alta P, bassaT) Volume molecolare 3. A p e T basse (poche atm) Devizione 1. A p basse comportamento ideale negative dal (poche atm) Attrazioni molecolari Diminuzione numero di urti rapport ideale Comportamen to ideale Deviazione generica dal comportamento ideale per 1 mol di un gas reale in funzione della pressione, a tre temperature T1 (a), T2 (b) e T3 (c), con T1 < T2 < T3. I passaggi tra gli stati di aggregazione Distribuzione delle velocità molecolari in un gas 100 ° C 20 ° C 600 ° C Distribuzione delle velocità molecolari in un gas 100 ° C 20 ° C 600 ° C Distribuzione delle velocità molecolari in un gas 100 ° C 20 ° C 600 ° C  Diagramma di stato dell’acqua P T (°C) Pv (Torr) 0 4,6 20 17,5 liquido 40 55,3 60 149,4 80 355,1 100 760,0 200 64632 gas T  Effetto della compressione P= cost T = 373,15 K T = 373,15 K Pv = 1 atm Pv = 1 atm Moli di H2O totali: 0,1 Moli di H2O totali: 0,1 Vgas = 1 L Vgas = 0,5 L nH2O,gas = 0,0327 nH2O,gas = 0,0164 nH2O,l = 0,0673 nH2O,l = 0,0836 T = 373,15 K T = 373,15 K Pv = 1 atm P > 1 atm (non Pv) Moli di H2O totali: 0,1 Moli di H2O totali: 0,1 Vgas = 0,25 L Vgas = 0 L nH2O,gas = 0,0082 nH2O,gas = 0,000 nH2O,l = 0,0918 nH2O,l = 0,100  Diagramma di stato dell’acqua P T (°C) Pv (Torr) 0 4,6 20 17,5 liquido 40 55,3 60 149,4 80 355,1 100 760,0 200 64632 gas T  Effetto dell’espansione P= cost T = 373,15 K T = 373,15 K Pv = 1 atm Pv = 1 atm Moli di H2O totali: 0,1 Moli di H2O totali: 0,1 Vgas = 1 L Vgas = 2 L nH2O,gas = 0,0327 nH2O,gas = 0,0654 nH2O,l = 0,0673 nH2O,l = 0,0346 T = 373,15 K T = 373,15 K Pv = 1 atm P = 0,765 atm (non Pv) Moli di H2O totali: 0,1 Moli di H2O totali: 0,1 Vgas = 3,06 L Vgas = 4 L nH2O,gas = 0,1 nH2O,gas = 0,1 nH2O,l = 0,000 nH2O,l = 0,000  Diagramma di stato dell’acqua P T (°C) Pv (Torr) 0 4,6 20 17,5 liquido 40 55,3 60 149,4 80 355,1 100 760,0 200 64632 gas T Diagramma di stato dell’acqua Diagramma di stato della CO2 P Liquido solido 5,1 atm Gas -56 T °C Diagramma di stato del Carbonio P/atm 5 10 1 3 10 T/°C FINE