Pt.3 - Stati della materia Flashcards
Stato gassoso
- Stato più disordinato della materia
- Non hanno né forma né volume propri, si adattano infatti al volume del recipiente che li contiene
- Le interazioni che esistono tra le molecole di gas sono debolissime
- A temperatura ambiente pensiamo ad una popolazione di molecole/atomi agitati da un moto continuo
Possiamo avere gas formati da:
1) Atomi isolati
2) Molecole gassose (interazioni intermolecolari: legame covalente apolare o puro e legame covalente polare)
Gas ideali ( gas perfetti)
Vengono trascurati:
- Le interazioni tra le molecole (o atomi)
- Volume delle molecole (o atomi) che è trascurabile rispetto al volume occupato
- Movimento casuale
Teoria cinetica
L’energia cinetica di ogni particella è direttamente proporzionale al valore della temperatura, ed è costante a temperatura costante
Variazione di PV con P che tende a zero
Per valori di P che tendono a zero, indipendentemente dalla natura chimica del gas (es H2, N2, aria), se la temperatura è costante la variazione di PV tende ad un valore comune
Dividendo il prodotto rispetto alla temperatura ritroviamo un valore costante: 0.082 atm l / mol K che corrisponde alla costante R dei gas Quindi: lim (PV/T) = 0.082 atm l / mol K dove V = volume di 1 mole di gas
In conclusione il prodotto PV per un qualunque gas dipende esclusivamente dalla temperatura a cui ci troviamo
Equazione di stato dei gas perfetti
PV = nRT
1) T = cost (Boyle)
- PV = cost
- Grafico P[atm] su V[l] rappresenta un’ ISOTERMA (curva)
2) P = cost (Charles o 1^ legge di Lussac)
- V/T = cost
- Grafico T[K] su V[l] rappresenta un’ ISOBARA (retta 45°)
3) V = cost (2^ legge di Lussac)
- P/T= cost
- Grafico T[K] su P[atm] rappresenta un’ ISOCORA (retta 45°)
Valori di R a seconda delle unità di misura
1) 0.082 atm l / mol K
se V[l] e P[atm]
2) J/mol K
se V[m^3] e P[Pa]
3) 1.9872 cal/molK
1 cal = 4.184 J
Temperatura espressa in K = Tin°C + 273.15
Pressione: 760 torr = 760 mmHg = 1 atm
Volume: 1l = 1 dm^3
Il volume V occupato da 1 mole di gas per n=1, T=273K, P= 1 atm è V = 22.414 l
Pressioni parziali
P (tot) = P1 + P2 + … + P(i)
P (tot) = n (tot)RT / V
Per un singolo gas P(i) = x(i) P(tot) dove x(i) = frazione molare = n(i) / n(tot)
Equazione di Van der Waals
(P + a n² / V²) (V - nb) = nRT
dove a,b = cost e dipendono dalla natura del gas
a = pressione interna del gas [atm (l / mol)² ]
b = covolume [ l / mol ]
Liquidi
Solido e liquido sono stati condensati della materia in cui le interazioni deboli sono un po’ più forti
E’ possibile considerare lo stato liquido come uno stato intermedio fra lo stato gassoso e quello solido
Pressione di vapore
Temperatura di ebollizione
Pressione di vapore
Prendiamo un recipiente chiuso in cui viene fatto il vuoto, e all’interno una fase condensata (liquida)
Lasciando il recipiente per un certo periodo di tempo a temperatura costante si nota che all’interfaccia tra lo stato liquido e il vuoto alcune molecole sono in grado di sfuggire all’attrazione delle molecole che le circondano nella massa del liquido, passando così in fase vapore
Man mano che il numero di molecole nella fase gassosa aumenta, urtando all’interfaccia della fase liquida tornano nella fase liquida.
Si arriva poi a un equilibrio in cui all’interfaccia vi sono molecole che passano in fase gassosa e altre che passano in fase liquida
La pressione esercitata dalle molecole che sono passate in fase vapore è la pressione di vapore di un certo liquido ed è la pressione che viene esercitata sulle pareti del recipiente
Aumenterà all’aumentare della temperatura perchè aumentano i moti delle molecole dentro al recipiente, ci sarà dunque una maggiore popolazione di molecole che hanno un’energia necessaria per sfuggire all’attrazione delle altre molecole nella massa del liquido e passare alla fase vapore
Alla temperatura di ebollizione inizieranno a formarsi delle bolle e le molecole passano in maniera cospicua allo stato vapore.
La temp di ebollizione dipende dalla pressione a cui ci si trova.
Solidi
Stato più ordinato della materia, ha forma e volume propri
Classificazione dal punto di vista geometrico
1) Cristallini: atomi, ioni o molecole sono disposti in assetto ordinato, mostrano facce piane ben definite orientate secondo angoli ben definiti
2) Amorfi: le particelle costituenti sono disposte in modo caotico
Classificazione dal punto di vista del legame chimico:
1) Ionico (NaCl, ossidi ionici, quasi tutti i sali)
- elevata energia di interazione tra gli ioni
- isolanti elettrici allo stato solido o al più semiconduttori
2) Metallici (metalli pure o leghe)
- conduttori di calore e corrente elettrica
- lucentezza
- legame metallico: reticolo di ioni metallici circondati dal mare di elettroni
- le temperature di fusione variano parecchio
3) Molecolare (H2 e O2 solido, ghiaccio, polimeri, ecc..)
- solidi in cui le unità di struttura sono molecole
- interazioni deboli
4) Atomico (es. He)
stesso concetto del molecolare:
- possono esistere solidi atomici formati da un insieme ordinato solo di atomi e possono essere solo gas nobili
- per trovarli solidi bisogna scendere molto di temperatura
5) Covalenti (es. diamante)
- reticolo tridimensionale di legami covalenti puri o polarizzati
- isolanti elettrici o al più semiconduttori
Reticolo cristallino
Disposizione di punti che definisce le posizioni delle particelle nella struttura di un cristallo
La forma esteriore di un cristallo è dovuta alla ripetizione periodica e uguale nello spazio tridimensionale di una cella elementare cristallina
La cella elementare è l’unità più piccola che mantiene la composizione e la simmetria del cristallo, è definita dalle lunghezze dei suoi late a,b,c e dagli angoli α, β, γ
La relazione di questi 6 parametri definisce 7sistemi cristallini
I vertici delle celle elementari che si ripetono nelle direzioni degli assi costituiscono i nodi del reticolo, occupati da atomi uguali o raggruppamenti di atomi uguali
SISTEMA CUBICO
1) Cella cubica semplice (P): i punti rappresentativi (atomi/molecole/ioni) sono soltanto ai vertici
2) Cella cubica a corpo centrato (I): punti rappresentativi sono sui vertici + 1 al centro del cubo
3) Cella cubica a facce centrate (F): i punti rappresentativi sono ai vertici E sulle facce del cubo
Numero di coordinazione
E’ il numero di primi vicini che la circondano
1) Cella cubica semplice (P) n° di coordinazione = 6 2) Cella cubica a corpo centrato (I) n° di coordinazione = 8 3) Cella cubica a facce centrate (F) n° di coordinazione = 12
Occupazione di una cella
Da non confondere con il numero di coordinazione
Da quante particelle è occupata una singola cella?
1) Cella cubica semplice: 1/8 * 8 = 1
2) Cella cubica a corpo centrato: (1/8 * 8) + 1 = 2
3) Cella cubica a facce centrate: (1/2 * 6)+(1/8 * 8) =4
Impacchettamento dei solidi metallici
[RIVEDERE]
Tutte le strutture compatte sono generate dalla sovrapposizione di singoli strati aventi l’impacchettamento bidimensionale più compatto possibile
