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Termodinamica Chimica

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Termodinamica Chimica - PowerPoint PPT Presentation


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Universita’ degli Studi dell’Insubria . Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale. Termodinamica Chimica. Miscele e Soluzioni. dario.bressanini@uninsubria.it http://scienze-como.uninsubria.it/ bressanini. Soluzioni . Soluzioni con Solidi e Liquidi.

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Presentation Transcript
termodinamica chimica

Universita’ degli Studi dell’Insubria

Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale

Termodinamica Chimica

Miscele e Soluzioni

dario.bressanini@uninsubria.ithttp://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

soluzioni con solidi e liquidi
Soluzioni con Solidi e Liquidi
  • Una soluzione è una miscela omogenea di due o più specie
  • Consideriamo una miscela di due componenti, in cui almeno una delle due non e’ un gas
    • Liquido-Liquido
    • Liquido-Gas
    • Solido-Liquido
    • Solido-Gas
    • Solido-Solido
  • Sapete trovare degli esempi dei casi precedenti?

© Dario Bressanini

soluzioni1
Soluzioni

© Dario Bressanini

soluzioni solide
Lo zaffiro invece (meno pregiato), deve la sua colorazione blu al Ferro e al Titanio che hanno sostituito alcuni atomi di Alluminio

Il Rubino è una soluzione solida di ossido di cromo in Corindone (Al2O3)

La varietà detta “sangue di piccione” è una delle gemme colorate più preziose

Soluzioni Solide

© Dario Bressanini

soluzioni solide e liquide
Soluzioni Solide e Liquide
  • In una miscela, e’ arbitrario definire quale e’ il soluto e quale il solvente.
  • Tuttavia, se una componente ha una frazione molare vicina a 1, la si considera solvente
  • La componente a minor frazione molare è chiamata soluto
  • Una soluzione satura contiene la quantità massima di soluto disciolto a quella pressione e temperatura

© Dario Bressanini

soluzioni sovrassature
Soluzioni Sovrassature
  • Una soluzione può essere temporaneamente in uno stato metastabile, ed avere più soluto di quanto permesso

© Dario Bressanini

legge di raoult1
Legge di Raoult
  • Consideriamo una miscela con un liquido volatile e un liquido o un solido non volatile
  • Come varia la pressione parziale del liquido volatile al variare della frazione molare?
  • Indichiamo con p* la pressione di vapore del liquido puro

© Dario Bressanini

legge di raoult2

Bloccato

Legge di Raoult
  • Aggiungendo del soluto non volatile ad una soluzione di liquido volatile, la pressione di vapore diminuisce
  • Vi sono meno molecole di solvente sulla superficie. Il soluto impedisce ad alcune molecole di passare nella fase gassosa, ma non ne impedisce il ritorno alla fase liquida.

© Dario Bressanini

legge di raoult3
Legge di Raoult
  • Se assumiamo che le interazioni solvente-solvente siano identiche a quelle soluto-solvente, possiamo concludere che la pressione di vapore e’ proporzionale alla frazione molare

pA = xApA*

© Dario Bressanini

soluzioni ideali

Francois Raoult(1830-1901)

Soluzioni Ideali

pA = xApA*

  • Le soluzioni che seguono la legge di Raoult di chiamano SoluzioniIdeali
  • Le soluzioni ideali hannoDsolH =0

© Dario Bressanini

soluzione di due liquidi volatili
Soluzione di due Liquidi Volatili
  • Consideriamo ora due liquidi volatili.
  • Entrambi hanno una pressione di vapore

© Dario Bressanini

legge di raoult per liquidi volatili
Legge di Raoult per Liquidi Volatili
  • Se assumiamo che la soluzione sia ideale:
    • La pressione di vapore di ogni componente puo’ essere calcolata mediante la legge di Raoult
    • La pressione totale e’ la somma delle due pressioni parziali.

pA = A pA*pB = B pB*

ptot = pA + pB = A pA* + B pB*

© Dario Bressanini

soluzione di toluene e benzene

H

CH3

H

H

C

C

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

C

C

H

H

Benzene

Toluene

H

H

Soluzione di Toluene e Benzene

Benzene e Toluene sono composti volatili con una struttura simile e quindi forze intermolecolari simili. Una loro soluzione si comporta idealmente

© Dario Bressanini

soluzione ideale e non ideale
Soluzione Ideale e non Ideale

ptot = A pA* + B pB*

© Dario Bressanini

soluzioni non ideali

Deviazione positiva

Deviazione negativa

Soluzioni Non Ideali
  • La maggior parte delle soluzioni non sono ideali
  • Le interazioni tra A e B sono diverse da quelle AA e BB

© Dario Bressanini

legge di henry1
La legge di Raoult, per soluzioni non ideali, e’ una legge limite

Se xA 1 pA = A pA*

pB*

pA*

p

k’H;B

k’H;A

xA

0

1

Legge di Henry
  • William Henry ha scoperto che per xA 0 pA = A KA
  • La pressione parziale è proporzionale alla frazione molare, ma la costante di proporzionalità non è pA*

© Dario Bressanini

leggi di henry e raoult
Leggi di Henry e Raoult

© Dario Bressanini

legge di henry2
Legge di Henry

Interpretazione Molecolare

© Dario Bressanini

legge di henry3
Legge di Henry
  • La conoscenza delle costanti di Henry è importante per molte applicazioni

Gas (in H2O) K/(10 Mpa)

CO2 0.167

H2 7.12

N2 8.68

O2 4.40

  • Il Diossido di Carbonio si scioglie molto bene in acqua

© Dario Bressanini

legge di henry4
Legge di Henry

© Dario Bressanini

legge di henry5
Legge di Henry
  • Ad alte pressioni l’Azoto e l’ossigeno si sciolgono nel sangue.
  • Tornando in superficie troppo velocemente, si può soffrire di Embolia

© Dario Bressanini

solubilit nel sangue
Solubilità nel Sangue
  • Ad alte pressioni l’Azoto e l’ossigeno si sciolgono nel sangue.
  • L’ossigeno viene consumato, ma l’Azoto rimane nel sangue.
  • Camere Iperbariche
  • Sangue Artificiale
legge di henry6

CO2

N2O/CO2

Legge di Henry
  • Molti prodotti sfruttano la grande solubilità dei gas in acqua

© Dario Bressanini

mistero

Watson:

Dottor Holmes, Perchè mi si sgasano sempre le bottiglie di Gassosa semivuote?

Sherlock Holmes:

Per la legge di Henry, mio caro Watson !!!

Mistero

© Dario Bressanini

propriet colligative1
Proprietà Colligative
  • Aggiungendo un soluto in un solvente, abbiamo visto come le proprietà del solvente cambiano
  • Si chiamano proprietà colligative quelle proprietà del solvente che dipendono solo dal numero di molecole di soluto ma non dalla loro identità
    • Innalzamento Ebullioscopico
    • Abbassamento Crioscopico
    • Pressione Osmotica
    • (Solubilità)

© Dario Bressanini

innalzamento ebullioscopico

T*

T*+ DT

Innalzamento Ebullioscopico
  • Se assummiamo che il soluto B non sia volatile è possibile valutare l’innalzamento del punto di ebollizione
  • DT = K xB
  • K = RT*2/DvapH

Quando si deve mettere il sale nell’acqua per la pasta?

© Dario Bressanini

abbassamento crioscopico

T*-DT

T*

Abbassamento Crioscopico
  • Se assumiamo che il soluto B non si sciolga nel solido è possibile valutare abbassamento del punto di fusione
  • DT = K’ xB
  • K’ = RT*2/DfusH

© Dario Bressanini

abbassamento crioscopico1
Abbassamento Crioscopico
  • Il soluto, rende più difficile costruire il reticolo cristallino solido, e quindi diminuisce il punto di fusione

© Dario Bressanini

abbassamento crioscopico2
Abbassamento Crioscopico
  • Anticongelante nel radiatore (DietilenGlicole)
  • Sale sulle strade (NaCl o meglio CaCl2) per sciogliere il ghiaccio
  • Gelatiera casalinga

© Dario Bressanini

slide36
Quiz
  • Perchè la birra calda fa schifo?

© Dario Bressanini

osmosi1

4% NaCl

10% NaCl

7 % NaCl

7% NaCl

H2O

H2O

Equilibrio

Membrana Semipermeabile

Osmosi
  • L’Osmosi e’ il passaggio spontaneo di un solvente puro verso una soluzione, separata da una membrana semipermeabile
  • Una membrana semipermeabile permette il passaggio del solvente ma non del soluto
  • Il solvente passa dalla soluzione meno concentrata a quella piu’ concentrata

© Dario Bressanini

pressione osmotica
Pressione Osmotica
  • La pressione osmotica e’ quella pressione che, aggiunta a quella atmosferica e’ necessaria per impedire il passaggio del solvente attraverso la membrana semmipermeabile
  • La pressione osmotica si indica con P

© Dario Bressanini

pressione osmotica1
Pressione Osmotica

© Dario Bressanini

pressione osmotica2
Pressione Osmotica

PV = nsolutoRT

© Dario Bressanini

pressione osmotica e sangue
Pressione Osmotica e Sangue
  • Le pareti cellulari sono membrane semipermeabili
  • La pressione osmotica non puo’ cambiare, altrimenti le cellule vengono danneggiate
  • Il flusso di acqua da un globulo rosso verso l’ambiente deve essere all’equilibrio
  • Una soluzione Isotonica ha la stessa pressione osmotica delle cellule del sangue

5% glucosio e 0.9% NaCl

© Dario Bressanini

osmosi e globuli rossi
Osmosi e Globuli Rossi

Soluzione IsotonicaI Globuli Rossi hanno la stessa concentrazione del liquido circostante

Soluzione Ipertonicala concentrazione esterna e’ piu’ alta Raggrinzimento

Soluzione Ipotonicala concentrazione esterna e’ piu’ bassa Emolisi

© Dario Bressanini

dialisi
Dialisi
  • Si parla di Dialisi quando il solvente e piccole molecole di soluto passano attraverso una membrana semipermeabile
  • Grandi molecole e particelle non passano
  • L’emodialisi (rene artificiale) e’ usata in medicina per rimuovere delle sostanze (ad esempio urea) in concentrazione tossiche (In chimica NON esistono sostanze tossiche, ma solo concentrazionitossiche)

© Dario Bressanini

reni e dialisi

Arteria

Vena

Uretra

Reni e Dialisi
  • I prodotti di scarto trasportati dal sangue vengono dializzati dai reni attraverso una membrana semipermeabile. Attraverso dei tubuli vengono eliminati nell’Urina
  • Nel rene artificiale questa operazione viene effettuata artificialmente

© Dario Bressanini

slide46

Il Caso del Marinaio Naufrago

Un marinaio naufraga su un’isola deserta senza acqua dolce da bere. Sa che i soccorsi arriveranno in 8 giorni, ma che senz’acqua puo’ sopravvivere solo per 7 giorni.

Con il vento a favore tuttavia, la nave di salvataggio arriva gia’ dopo 5 giorni, ma trova il marinaio morto sulla spiaggia.

Cosa e’ successo?

Sperando di sopravvivere piu’ a lungo, il marinaio ebbe la pessima idea di bere acqua del mare

© Dario Bressanini

chimica fisica in cucina
Chimica Fisica in Cucina
  • Cosa consiglia la Chimica Fisica per una Macedonia perfetta?
  • Spargere lo Zucchero sulle fragole tagliate, e solo in seguito aggiungere il limone (antiossidante)

© Dario Bressanini

chimica fisica in cucina1
Chimica Fisica in Cucina
  • E per una buona bistecca?
  • Il sale va aggiunto solo alla fine

© Dario Bressanini

solubilita dei solidi
Solubilita’ dei Solidi
  • Alcuni sali hanno una entalpia di soluzione negativa e quindi diminuiscono la loro solubilita’ all’aumentare della temperatura.

© Dario Bressanini

solubilita dei gas
Solubilita’ dei Gas
  • La solubilita’ dei gas in acqua di solito diminuisce con la temperatura
  • In altri solventi puo’ anche aumentare

L’acqua degli impianti industriali deve venir raffreddata prima di essere gettata nell’ambiente

© Dario Bressanini