Chimica Fisica

• Tensione superficiale


  Ogni molecola sulla superficie di un liquido o di un solido è soggetta a forze di attrazione non bilanciate la cui risultante è diretta verso il centro della massa del liquido o del solido
• Determinazione direzione tensione superficiale

  1. Forze di coesione verso l'interno producono una tensione tangenziale

  2. Molecole superficiali non possono "cadere" verso l'interno in quanto lo spazio è già occupato dalle molecole sottostanti

  3. Lamina superficiale è soggetta ad una continua tensione che tende a mantenere unito lo strato di molecole in superficie
• Stalagmometro


  1. Liquido fatto gocciolare attraverso un tubicino di raggio r

  2. Goccia cade quando il peso della goccia raggiunge la forza dovuta alla tensione superficiale sul collo del tubicino stesso
• Nella determinazione della tensione superficiale, non è necessario conoscere l'angolo θ, in quanto via via che la goccia si avvicina al volume critico, θ → 0º e dunque cos 0º = 1
• Tensione superficiale di liquidi puri

  • Viene riportata la tensione superficiale dei liquidi puri, in equilibrio con i propri vapori (varia in funzione della temperatura)
  • La maggior parte dei liquidi organici hanno una tensione superficiale di 20-40 mN/m (al di sotto della loro temperatura di ebollizione)
  • L'acqua ha una tensione superficiale di circa 72 mN/m (a 20°C)
  • A temperatura ambiente gli unici liquidi che hanno una tensione superficiale inferiore ai 20 mN/m sono gli oli di silicone e i fluorocarburi
• Con l'aumentare della temperatura la tensione superficiale dei liquidi diminuisce, fino ad annullarsi alla temperatura critica del liquido considerato, oltre la quale esso può esistere solo allo stato gassoso
• Decremento lineare della tensione superficiale con la temperatura

  ddT - 0.1 mN/m K (regola valida per piccoli incrementi di temperatura)
• Legge di Eötvös


  • Relazione empirica per calcolare la tensione superficiale di un liquido
  • PM = peso molecolare
  • Vs = volume specifico
  • KE = costante di Eötvös (0.25 · 10-3 J/K per liquidi apolari)
  • Tc = temperatura critica
  • T = temperatura dell'esperienza
• Legge di Guggenheim


  • Andamento della tensione superficiale di liquidi puri
  • Tc = temperatura critica
  • γ = tensione superficiale caratteristica f(Vc, Tc)
• Tensione superficiale di alcuni liquidi

  • Acetic acid (27.59 mN/m a 20°C)
  • Acetone (23.46 mN/m a 20°C)
  • Aniline (42.67 mN/m a 20°C)
  • Benzene (28.88 mN/m a 20°C)
  • etc...
• Andamento della tensione superficiale dell'acqua in aria con la temperatura
• Tensione superficiale


  Proprietà fisica di un liquido che dipende dalle forze di coesione tra le sue molecole superficiali
• γ0


  Tensione superficiale caratteristica, funzione di Vc e Tc
• Tc


  Temperatura critica
• Sostanze


  • H2O
  • EtOH
  • CCl4
  • ottano
• Sostanze polari e apolari hanno diversa tensione superficiale
• La tensione superficiale dell'acqua diminuisce all'aumentare della temperatura
• La tensione superficiale di soluzioni dipende sia dalla temperatura che dalla composizione
• In soluzioni acquose, sali inorganici aumentano la tensione superficiale, composti organici la diminuiscono
• In soluzioni non acquose, gli effetti sulla tensione superficiale sono minimi
• Δc


  Differenza di concentrazione del soluto tra interfase e massa del liquido
• γ1


  Tensione superficiale iniziale
• γ2


  Tensione superficiale finale
• Sostanze tensioattive


  • Si dispongono prevalentemente all'interfase, Δc > 0, γ1 > γ2, tensione superficiale diminuisce
• Sostanze indifferenti


  • Interazioni soluto-liquido equivalenti a quelle tra molecole di liquido, Δc = 0, γ1 = γ2, tensione superficiale invariata
• Sostanze tensio "inattive"


  • Soluto si dispone prevalentemente all'interno del liquido, Δc < 0, γ1 < γ2, tensione superficiale aumenta
• Molecole di soluto nello strato sottostante l'interfaccia interagiscono con essa aumentandone la coesione e quindi la tensione superficiale
• SOMMARIO


  • PROPRIETA' DEI GAS
  • LE LEGGI DEI GAS
  • GAS E VAPORE
  • LA RESPIRAZIONE
  • GLI AEROSOL
  • I GAS MEDICALI

  
• Alcune molecole presentano frequentemente una quarta fase, più propriamente detta mesofase (in greco mesos, mezzo), che si trova tra lo stato liquido e quello cristallino
• I fluidi supercritici sono anch'essi considerati una mesofase, in questo caso uno stato di materia che esiste in condizioni di alta pressione e temperatura e proprietà intermedie tra quelle dei liquidi e dei gas

  
• I fluidi supercritici hanno crescente utilizzo nel trattamento degli agenti farmaceutici
• Gas


  • Non hanno né forma né volume propri
  • Sono facilmente comprimibili
  • Sono in genere gassose le sostanze costituite da molecole piccole e di basso peso molecolare
• GRANDEZZE FISICHE PER LO STUDIO DEI GAS

  • PRESSIONE
  • VOLUME
  • TEMPERATURA

  
• Proprietà estensive


  massa, volume

  
• Proprietà intensive


  temperatura, pressione

  
• I gas reali manifestano un comportamento uniforme solo se sottoposti a basse pressioni (inferiori a 1 atm) e a elevate temperature

  
• In tali condizioni il comportamento si avvicina a quello di un ipotetico gas ideale o perfetto

  
• Gas ideale


  • Particelle libere di muoversi a grande velocità in tutte le direzioni
  • Particelle puntiformi, di volume irrilevante rispetto a quello totale
  • Particelle elastiche, per cui con gli urti l'energia totale non diminuisce
  • Particelle lontane, in modo che non vi siano forze attrattive o repulsive

  
• Postulati del modello del gas ideale

  • Un gas ideale è costituito da un numero enorme di molecole in costante e disordinato movimento
  • Il volume proprio occupato dalle molecole del gas ideale è così piccolo, rispetto a quello del recipiente che le contiene, da essere trascurabile
  • Le molecole si urtano spesso fra loro e collidono con le pareti del recipiente, si muovono in linea retta fra una collisione e l'altra e non sono soggette a forze di attrazione o repulsione reciproca. Gli urti delle molecole sono perfettamente elastici

  
• Il comportamento dei gas reali si avvicina a quello ideale quanto più la pressione è bassa e la temperatura elevata