LO STATO LIQUIDO

LO STATO LIQUIDO

Allo stato liquido, le particelle sono in continuo movimento, anche se limitato rispetto al caso dei gas, in particolare si osserva un movimento caratteristico delle particelle a zig zag, chiamato moto Browniano.

I liquidi presentano alcune proprietà caratteristiche:

a)    Isotropia - i liquidi hanno le stesse proprietà fisiche qualunque sia la direzione in cui esse vengono misurate (a parte i cristalli liquidi).

b)    Fluidità - i liquidi non hanno forma propria ma si adattano a quella del recipiente incui sono contenuti.

c)    Facile diffusione reciproca - si verifica quando due liquidi sono posti a contatto.

Dal punto di vista della classificazione si distinguono in:

Liquidi ionici, che sono costituiti da ioni.

Liquidi molecolari, che sono costituiti da molecole. Un ulteriore divisione di questi tipi di liquidi molecolari permette di distinguerli in:

Liquidi molecolari semplici → tra le molecole esistono soltanto forze di van der Waals

Liquidi molecolari con legami a idrogeno → le interazioni tra loro si hanno con legami a idrogeno.

DIPENDENZA DELLA VISCOSITA' DALLA TEMPERATURA

E' importante tener conto che la viscosità di un liquido varia in funzione della temperatura, secondo la seguente relazione:

dove: 
A = costante legata al P.M. ed al volume molare del fluido;

B = energia di attivazione necessaria per iniziare il flusso tra molecole, pari a circa 1/3 del calore latente di evaporazione;

RT = costante dei gas moltiplicata per la temperatura assoluta.

Questa relazione rappresenta solo una approssimazione del reale comportamento di un fluido viscoso, essa sarebbe infatti valida per fluidi ideali con particelle perfettamente sferiche e perfettamente isotrope dal punto di vista delle forze di legame.

LA TENSIONE DI VAPORE

Un qualsiasi liquido lasciato in un recipiente aperto evapora lentamente: alcune tra le molecole che si trovano sulla superficie del liquido hanno un'energia cinetica sufficiente per poter vincere le forze attrattive e liberarsi nella fase di vapore soprastante.

L'evaporazione è favorita da un aumento di temperatura, infatti all'aumentare della temperatura aumenta la frazione di molecole aventi l'energia superiore al valore necessario per liberarsi e passare nella fase aeriforme.

Nel caso in cui il recipiente fosse chiuso, il processo di fuga delle molecole dalla fase liquida a quella di vapore non procede indefinitamente, ad un certo punto infatti il numero delle molecole che nell'unità di tempo lascia la fase liquida diventa uguale a quello delle molecole che provenendo dalla fase di vapore urtano la superficie del liquido e ritornano in questa fase.

Pertanto si stabilisce un equilibrio tra i processi di evaporazione e ricondensazione.

A temperatura costante la fase di evaporazione rimane costante ed è costante la pressione la pressione esercitata da esse.

Tensione di vapore e temperatura

P = A exp (-ΔH_ev/RT²)

A = costante

-ΔH_ev = entalpia molare di evaporazione

R = costante universale dei gas

LEGGE DI HENRY

Per comprendere come un gas si sciolga in un liquido, con il quale non reagisca, è utile ricorrere ad un modello che consideri il gas e il liquido come un insieme di particelle in continuo movimento. In un gas, le particelle sono distanti e interagiscono molto debolmente, si muovono in modo disordinato in tutte le direzioni, urtandosi tra loro, avvicinandosi e allontanandosi le une dalle altre; occupando, in ogni caso, tutto lo spazio a loro disposizione.

In un liquido, le particelle interagiscono maggiormente e, pur muovendosi anch'esse in modo disordinato, rimangono vicine tra loro. Le particelle del gas, a causa del loro caotico movimento, vengono frequentemente in contatto con quelle superficiali del liquido. E, poiché non tutte le particelle del gas hanno esattamente la stessa energia cinetica, quelle con energia cinetica abbastanza bassa subiscono l'attrazione delle particelle superficiali del liquido, rimanendo 'invischiate' e disperdendosi tra esse. Tuttavia, alcune particelle di gas, possono riaffiorare e, se possiedono energia cinetica sufficiente, tornano allo stato gassoso. 
A temperatura costante, il numero di particelle di gas che nell'unità di tempo sono catturate dalle particelle del liquido, cioè la velocità con cui il gas si scioglie, dipende dal numero di urti tra le particelle del gas e quelle superficiali del liquido, dipende in pratica da quella che noi chiamiamo la pressione del gas. 

Viceversa, il numero di particelle di gas che, disperse nel liquido, sfuggono da esso, dipende dalla loro concentrazione. Quando la velocità di dispersione nel liquido e la velocità di ritorno allo stato gassoso sono uguali, si raggiunge l'equilibrio. la concentrazione del gas nel liquido e la pressione del gas sul liquido rimangono costanti nel tempo; in tali condizioni la soluzione del gas nel liquido si dice satura. Tuttavia, quando varia la pressione del gas, come avviene ad esempio quando si stappa uno spumante, si turba l'equilibrio: il numero delle collisioni tra le particelle del gas e quelle del liquido varia, facendo variare di conseguenza la concentrazione del gas in soluzione; il numero di particelle di gas che tornano allo stato gassoso è allora differente da quello delle particelle di gas catturate dal liquido.

S = K_H P

SOLUZIONI ELETTROLITICHE

Esistono numerose sostanze che sciolte in acqua o in altri solventi, danno origine a soluzioni capaci di condurre corrente elettrica.

All'atto della dissoluzione in acqua, gli acidi, le basi e i Sali si scindono in particelle cariche di elettricità positiva o negativa dette ioni. Si distinguono in:

Cationi, ioni dotati di carica elettrica positiva

Anioni, ioni dotati di carica elettrica negativa

Quando un' elettrolita passa in soluzione si dice che:

Si dissocia se già prima del passaggio in soluzione era costituito da ioni

Si ionizza se prima di passare in soluzione era costituito da molecole con legami covalenti

Le soluzioni di elettroliti sono conduttori di seconda specie, in quanto il passaggio di corrente è legato alla migrazione di ioni e dunque al trasporto di materia. I conduttori come i metalli sono invece detti conduttori di prima specie, in quanto il passaggio di corrente è legato ad un flusso di elettroni.

LEGGE DI COULOMB

Vogliamo trovare qual è la forza di attrazione fra due cariche elettriche. Notiamo subito che essa è: inversamente proporzionale al quadrato della distanza e proporzionale al prodotto delle due cariche Q₁ e Q₂.

Da cui deriva che F=K_*Q_1*Q₂/r²   

r = distanza

K costante=1/(4på å

å C²  / (N m²)

å = costante dielettrica del materiale

GRADO DI DISSOCIAZIONE a

Per un elettrolita in soluzione si possono verificare due situazioni diverse:

L'elettrolita è totalmente dissociato in ioni e si dice forte

L'elettrolita è parzialmente dissociato in ioni e si dice debole

Per indicare la forza di un elettrolita si ricorre al grado di dissociazione a, che rappresenta la frazione di molecole che si sono dissociate:

a = grado di dissociazione = n/n₀

n sta per numero di molecole dissociatesi

n₀ sta per numero di molecole presenti prima della dissociazione

Risulta sempre che 0 < a < 1, in particola se a = 0 non si ha dissociazione mentre se è uguale ad 1 la dissociazione e completa. Questo accade per le dissociazioni forti.

Per le dissociazioni deboli si usa la seguente formula:

K = a c a

C = n/V cioè la concentrazione

a 1+ 4 c / K)

Questa viene chiamata anche legge di Ostwald.

LEGGE DI OHM

La legge di Ohm esprime una relazione tra la differenza di potenziale V (tensione elettrica) ai capi di un conduttore elettrico e la corrente elettrica I che lo attraversa Gli elementi elettrici per i quali la legge è soddisfatta sono detti resistori (o resistenze) ideali o ohmici; tuttavia, per ragioni storiche, si continua ad attribuire all'enunciato il rango di legge.

Si noti che la legge di Ohm esprime unicamente la relazione di linearità fra la corrente elettrica I e la differenza di potenziale V applicata. L'equazione indicata è semplicemente una forma dell'espressione che definisce il concetto di resistenza ed è valida per tutti i dispositivi conduttori.

V = RI

R = r l / S → r = resistività (Ω * cm); S = sezione del conduttore; l = lunghezza del conduttore

k r

k = conduttività (W cm ) = (S cm

La misura della conduttività si esegue con il ponte di Kohlrausch, con cui si determina la resistenza R e da questa si calcola il valore di k, nota la costante della cella.

LEGGE DI KOHLRAUSH

Questa legge consente di calcolare il valore di Λ₀ anche nel caso di soluzioni di elettroliti deboli,e si può chiamare anche legge della migrazione indipendente degli ioni e può essere definita attraverso questa relazione:

Λ₀ = Λ_{0 (catione)}+ Λ_{0 (anione)}

La conduttanza equivalente limite di una soluzione di elettrolita è uguale alla somma della conduttanza equivalente limite del catione e dell'anione.