Cambiamenti di stato
Obiettivi:
1. Mettere in relazione i cambiamenti di stato con i cambiamenti di energia.
2. Confrontare i diversi stati della materia in termini di energia potenziale e cinetica
3. Descrivere i principali eventi che si verificano lungo una curva di riscaldamento.
4. Interpretare un diagramma di fase.
Termini chiave:
Vaporizzazione condensazione evaporazione equilibrio pressione di vapore punto di ebollizione calore di vaporizzazione punto di congelamento calore di fusione sublimazione deposizione curva di riscaldamento diagramma di fase
Note: (14-4)
La materia sulla terra esiste come liquido, solido o gas. A parte l’acqua, la maggior parte della materia esiste in una singola fase (liquida, solida o gassosa) ma può essere fatta cambiare fase aggiungendo o eliminando pressione o temperatura.
Energia e cambiamenti di fase
Secondo la teoria cinetico-molecolare, la fase di una sostanza è determinata dal bilancio delle sue forze cinetiche e intermolecolari. Ciò significa che è possibile convertire la materia da una fase all’altra semplicemente aggiungendo o eliminando energia cinetica (calore). Quando si cerca di capire i cambiamenti di fase è importante ricordare cosa avviene nelle reazioni endo ed esotermiche.
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Endotermica – L’energia viene assorbita – i legami si spezzano – i prodotti sono meno ordinati |
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Esotermico – Viene rilasciata energia – si formano legami – i prodotti sono più ordinati |
(server.chem.ufl.edu/~itl/2045_s99/ lectures/FG11_024.GIF)
Cambiamenti di stato:
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da liquido a gas – vaporizzazione, per processo di evaporazione |
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da solido a gas – sublimazione |
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da liquido a solido – congelamento |
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da gas a liquido – condensazione |
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da gas a solido – deposizione |
Evaporazione
L’evaporazione è nuovamente spiegata dalla teoria cinetico-molecolare. Quando l’energia cinetica delle molecole in un liquido diventa maggiore delle attrazioni intermolecolari tra di loro, avviene l’evaporazione.
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all’interno di un liquido, l’evaporazione avviene sempre in qualche misura alla superficie del liquido |
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Temperatura e tasso di evaporazione sono direttamente correlati |
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I liquidi con alti tassi di evaporazione sono detti volatili – di solito infiammabili a causa della presenza di materiali organici e ossidi |
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L’evaporazione raffredda una superficie o soluzione rimuovendo le molecole con la più alta energia cinetica |
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La maggior parte delle soluzioni in un contenitore chiuso sono in equilibrio liquido-vapore |
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i tassi di condensazione ed tassi di evaporazione sono uguali |
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tasso di molecole che lasciano la soluzione sono uguali alle molecole che entrano nel liquido |
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La soluzione è a pressione di vapore di equilibrio |
Punto di ebollizione:
Il punto di ebollizione di un liquido è direttamente collegato alla pressione di vapore del liquido. La pressione di vapore è una misura del vapore presente in un liquido. Quando la pressione di vapore è uguale alla pressione atmosferica si verifica l’ebollizione. È importante ricordare che la vaporizzazione è un processo endotermico poiché il calore viene rimosso dal liquido attraverso l’ebollizione.
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la pressione di vapore di un liquido è direttamente legata alla temperatura applicata al liquido |
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il punto di ebollizione è direttamente legato alla pressione atmosferica esercitata sulla soluzione |
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l’ebollizione avviene quando la pressione del vapore = pressione atmosferica |
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la temperatura di un liquido rimane costante al punto di ebollizione fino a quando tutto il liquido viene vaporizzato. |
Congelamento e fusione:
I punti di congelamento e fusione di un liquido esistono alla stessa temperatura e rappresentano un equilibrio tra le fasi liquida e solida.
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i punti di fusione e congelamento non sono molto influenzati dalla pressione atmosferica |
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la fusione dipende dal calore di fusione che come l’ebollizione è un processo endotermico |
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il congelamento utilizza la stessa quantità di energia del calore di fushion bu è un processo esotermico |
Curve di riscaldamento:
((server.chem.ufl.edu/~itl/2045_s99/ lectures/FG11_024.GIF))
La curva di riscaldamento è una rappresentazione delle fasi di una sostanza rispetto alla temperatura e all’energia interna di una sostanza. Le linee blu rappresentano le diverse fasi di una sostanza mentre le linee rosse rappresentano i calori di fusione e vaporizzazione.
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le reazioni endotermiche si muovono da sinistra a destra come i prodotti aumentano in energia cinetica e diventano meno organizzati |
Diagrammi di fase
((server.chem.ufl.edu/~itl/2045_s99/ lectures/FG11_024.GIF))
Il diagramma di fase è un’altra rappresentazione dell’energia interna di una sostanza rispetto alla pressione e alla temperatura dei suoi dintorni.
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temperatura e pressione sono inversamente legate al processo di vaporizzazione |
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la pressione ha poco effetto sulla fusione e sul congelamento di una sostanza |
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il punto triplo è un punto in cui tutte e tre le fasi sono in equilibrio |