I PASSAGGI DI STATO

Come visto precedentemente lo stesso materiale può essere osservato in diversi stati di aggregazione, dato che non esistono materiali che siano sempre solidi, oppure sempre liquidi o aeriformi. Lo stato di aggregazione non è una caratteristica invariabile dei corpi, ma dipende dalla temperatura, dalla pressione e dalle caratteristiche della sostanza.

Le trasformazioni che cambiano lo stato di aggregazione di un sistema si chiamano passaggi (o cambiamenti) di stato. In queste trasformazioni il sistema cambia aspetto e alcune delle sue proprietà.

Le trasformazioni possibili sono:

Da solido a liquido; ed il passaggio di stato si chiama fusione
da solido a aeriforme: sublimazione
da liquido a solido: solidificazione
da liquido a vapore: ebollizione ed evaporazione
da aeriforme a liquido: condensazione
da aeriforme a solido: brinamento

a continuazione una rappresentazione grafica per chiarire.

Cosa cambia nei passaggi di stato?

Le molecole che formano un determinato corpo, non sono mai ferme, neanchè nei corpi solidi. Le molecole vibrano o oscillano. Aumentando la temperatura di un solido, le particelle del corpo iniziano a compiere oscillazioni più ampie: questo spiega il fenomeno della dilatazione termica.
Quando le particelle compiono oscillazioni più ampie, si rompe la struttura ordinata del solido: Il solido diventa liquido.
L'evaporazione avviene quando la temperatura di un liquido aumenta facendo muovere le particelle più velocemente. A causa di questo movimento veloce le particelle si urtano tra di loro ed alcune si staccano dalla superficie e si trasferiscono nell'ambiente; evaporano.

Che differenza c'è tra evaporazione ed ebollizione?

L'evaporazione può avvenire a qualsiasi temperatura, e coinvolge solo le particelle in superfice, che si "staccano" e passano allo stato aeriforme in modo lento e ordinato.
L'ebollizione invece avviene solo alla temperatura di ebollizione del liquido ed il cambiamento di stato è veloce e disordinato in tutta la massa del liquido.

Conclusione: I cambiamenti di stato modificano il grado di libertà delle particelle.

Cosa non cambia nei passaggi di stato?

- La massa del sistema, cosi come il numero di particelle resta invariato.
- Ogni particella continua ad avere la stessa massa e stesso volume

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STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA

Si definisce stato di aggregazione il modo di manifestarsi della materia. Questi diversi stati possono essere di tre tipi: Solido, liquido, aeriforme.

Questi diversi stati hanno proprietà diverse che si spiegano mediante la teoria cinetica molecolare.
I punti principali di questa teoria sono:

• La materia è costituita da particelle in continuo movimento
• Tra le particelle c'è solo il vuoto.
• Tra le particelle ci sono forze di attrazione che determinano se sono separate o meno o se possono legarsi. A seconda dell'intensità di queste forze si ha uno specifico stato di aggregazione.
  
  Caratteristiche:
  
  I corpi solidi hanno una forma ed un volume definito.
  I liquidi invece hanno un volume definito ma non una forma, essi assumono la forma del recipiente che li contiene.
  I corpi che tendono ad occupare tutto il volume a disposizione sono gli aeriformi (gas e vapori).
  
  Vediamo più in dettaglio come sono disposte le particelle nei diversi stati di aggregazione:
  

Nello stato solido le particelle sono molto vicine le une dalle altre e compiono solo movimenti di oscillazione.

Nello stato liquido le particelle sono libere di muoversi urtandosi, ma le distanze tra loro rimangono sempre le stesse.

Nello stato aeriforme le particelle hanno grande libertà di movimento e la distanza tra loro e di gran lunga più grande delle dimensioni delle particelle stesse.

Lo stato di aggregazione della materia dipende da:

• Le caratteristiche di ogni sostanza. Queste caratteristiche dipendono dagli atomi che formano la sostanza e dal legame tra di loro.
• Dalla temperatura
• Dalla Pressione

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SOLUBILITA'

E' un valore caratteristico della coppia soluto-solvente. Indica la massima concentrazione di soluto in un solvente ad una certa temperatura. Oltre a questo limite, si arriva alla saturazione, cioè se continuiamo ad aggiungere soluto, esso non si scioglie. Di solito la solubilità aumenta con l'aumentare della temperatura (per i solidi). Per i gas la solubilità diminuisce con l'aumentare della temperatura.

Concentrazione

La concentrazione esprime il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di soluzione o di solvente.

Concentrazione massa su volume. (C _m/v)

C= massa di soluto / Volume della soluzione

(con C s'intende concentrazione)

l'unità di misura è g/L

La concentrazione si può anche esprimere in altri modi:

Percentuale in massa (C% _m/m ) -da leggere concentrazione percentuale massa su massa-

C% _m/m = (massa di soluto / massa soluzione ) . 100

Da tenere conto che per i calcoli le unità di misura devono essere le stesse. Il risultato dev'essere un numero puro, cioè senza unità di misura, visto che esprime una percentuale.

Percentuale in volume (C% _v/v ) -da leggere concentrazione percentuale volume su volume-

(C% _v/v ) = (volume soluto / volume soluzione) . 100

Anche in questo caso bisogna tenere conto che per i calcoli le unità di misura devono essere le stesse. Il risultato dev'essere un numero puro, cioè senza unità di misura, visto che esprime una percentuale.

Parti per milione (C ppm )

Cppm= (parti di soluto / parti di soluzione) . 1 000000
In questo modo si esprimono concentrazioni molto piccole. (es.: gli inquinanti nell'aria)

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LE SOLUZIONI

Le soluzioni sono miscugli omogenei liquidi. Le soluzioni sono fatte da un liquido chiamato solvente, nel quale si scioglie il soluto, cioè un materiale solido, liquido o aeriforme. Possiamo anche dire che il solvente più comune è l'acqua. Il solvente è la sostanza maggiormente presente in una soluzione.

Il termine solvente organico si riferisce ai solventi che sono composti organici.

Quando un solido, un liquido o un gas si scioglie in un liquido, esso “scompare” e non è più individuabile, neanche con il microscopio. Al massimo il solido può “lasciare traccia” della sua presenza se la soluzione si colora di un colore diverso a quello de solvente.

DISSOLUZIONE

Si dice dissoluzione alla trasformazione che coinvolge il soluto ed il solvente.

Come avviene la dissoluzione? Le particelle del solido si allontanano le une dalle altre e si disperdono mescolandosi con le particelle di liquido in modo uniforme. Mentre la dissoluzione avviene il sistema subisce una variazione di temperatura. Se la temperatura del sistema aumenta, allora la dissoluzione è esotermica, se invece la temperatura diminuisce, la dissoluzione è endotermica.

Esotermica = che libera calore (cioè l'energia prodotta viene rilasciata nell'ambiente)

Endotermica = che “prendono” energia (calore) dall'ambiente.

Più avanti daremmo una definizione più completa di questi due termini, per ora ci basta sapere questo.

CONDUCIBILITA' ELETTRICA DELLE SOLUZIONI

Tutte le soluzioni acquose che contengono sostanze acide o basiche o che contengono sali conducono la corrente elettrica.

Ad esempio, sperimentalmente si sa che l'acqua pura non è una buona conduttrice di elettricità (si dice sia cattiva conduttrice) mentre se si scioglie un sale in essa la soluzione diventa conduttrice.

Una qualunque sostanza disciolta nell'acqua che la rende conduttrice si chiama elettrolita.

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COME SI SEPARANO I MISCUGLI?

I diversi metodi di separazione di miscugli sfruttano il fatto che i componenti dei miscugli hanno proprietà diverse.

Filtrazione: E' un metodo che sfrutta le diverse dimensioni delle particelle. Viene usato per separare miscugli eterogenei solido-liquido e solido-aeriforme. Il filtro è costituito da maglie con piccoli fori che permettono il passaggio di liquidi e gas, ma trattengono le particelle solide, troppo grandi per passare attraverso i fori.

Settacciatura: E' una separazione solido-solido che sfrutta anche questa, le diverse dimensioni delle particelle di ciascun componente.

Centrifugazione: Questo metodo sfrutta le differenze tra i pesi specifici dei componenti. Questo metodo si utilizza per la separazione di miscugli eterogenei solido-liquido e liquido-liquido. Il miscuglio si introduce in un recipiente che ruota velocemente, facendo finire il componente di peso specifico maggiore sul fondo e sulle pareti del recipiente.

Decantazione: Si utilizza per le separazioni solido-liquido e liquido-liquido (se di diversi pesi specifici). Si lascia a riposo la miscela ed il solido (o la parte della miscela di peso specifico maggiore) si deposita sul fondo.

Cromatografia: Indicata per separare miscugli omogenei composti da vari componenti. Il metodo di cromatografia più utilizzato e la TLC (Thin Layer Cromatography – Cromatografia su stratto sottile-). Genericamente si può dire che la separazione avviene per effetto della diversa solubilità delle sostanze nel solvente stesso.

Distillazione: Serve a separare i componenti dei miscugli omogenei solido-liquido e liquido-liquido, sfruttando i diversi punti di ebollizione dei componenti. Il miscuglio liquido viene fatto bollire ed i vapori liberati vengono condensati e recuperati alla fine della colonna.

Estrazione con solvente: Il miscuglio viene mescolato con un solvente in grado di sciogliere soltanto il componente che si vuole separare. Successivamente la soluzione previamente ottenuta verrà distillata per ottenere il componente desiderato ed il solvente verrà recuperato

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I MISCUGLI

I miscugli sono corpi formati da più materiali. O meglio, i miscugli sono sistemi ottenuti dal mescolamento di differenti sostanze in proporzioni variabili. I miscugli possono essere omogenei o eterogenei. Cosa gli distingue gli uni dagli altri? Il numero di fasi. Una fase è una porzione del sistema che si distingue dal resto e ha le stesse proprietà in ciascun punto.

I miscugli omogenei si presentano in un'unica fase mentre in quelli eterogenei sono sempre presenti più fasi.
Fase: E' una porzione di sistema in cui le proprietà non cambiano da punto a punto o variano con continuità.

Anche se ci sono acqua e zucchero in questo bicchiere, non si riesce a distinguere lo zucchero, è un miscuglio omogeneo (una soluzione, in questo caso)

il latte se osservato al microscopio, presenta piccole particelle di grasso, è un miscuglio eterogeneo.

Vediamo in dettaglio le caratteristiche che li distinguono:
Nei miscugli eterogenei

• Ogni componente mantiene le proprie caratteristiche e ciò permette di individuarlo anche se ben mescolato.
• Le proprietà non sono le medesime in ciascun punto del sistema.
• I componenti possono essere mescolati in qualsiasi proporzione.
  
  Mentre nei miscugli omogenei
  
• I diversi componenti si trovano mescolati e perdono alcune proprietà. Non sono distinguibili neppure con il microscopio.
• Le proprietà sono le medesime in ciascun punto del sistema.

Non sempre i componenti si possono mescolare in qualunque proporzione.

Nome dei miscugli

Fumo: miscuglio eterogeneo di particelle sospese in un gas.
Sospensione: miscugli eterogenei in cui particelle solide sono disperse in un liquido
Lega: miscuglio omogeneo di metalli.
Soluzione: miscuglio omogeneo liquido (può avere sciolti gas e solidi)



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LEGGE DI PROUST

Questa legge afferma che in qualunque composto c'è un rapporto definito e costante tra le masse degli elementi che reagiscono (indipendentemente da come sia stato ottenuto il composto)

Il valore numerico di questo rapporto si chiama rapporto di combinazione.

l'esempio tipico che si fa per spiegare questa legge è quello dell'acqua. se scomponiamo 8,9g di acqua distillata se ne ottengono 7,9g di ossigeno e 1,0g di idrogeno.

il rapporto di combinazione viene calcolato come

7,9g = 7,9 Il Rapporto di combinazione è 7,9
1g

un altro esempio:

se si combinano 2,4g di magnesio e 1.6g di ossigeno per formare 4,0g di ossido di magnesio, il rapporto di combinazione sarà:

2,4g = 1,5 Il Rapporto di combinazione è 1,5
1,6g

si può anche calcolare la composizione percentuale per ogni reagente.

2,4gr . 100 = 60%
4,0g

quindi il restante 40% è dato dall'ossigeno visto che l'ossido è un composto binario e conosciamo la percentuale di uno dei reagenti.

E' da sottolineare anche che composti diversi (anche se sono formati dagli stessi elementi) hanno composizione diversa.

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