Gradi di libertà negli sta di aggregazione della materia

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Gradi di libertà negli sta/ di aggregazione della materia
I solidi cristallini sono cara-erizza0 da un ordine nelle posizioni e nelle orientazioni.
Dr. Adriana Pietropaolo, Univ. “Magna Graecia” di Catanzaro
Si definiscono gradi di libertà del sistema il numero totale dei movimen0 di ciascun atomo all’interno della molecola. I gradi di libertà nei solidi sono vibrazioni rispe-o alla posizione di equilibrio.
Lo stato gassoso è cara-erizzato dal poter trascurare le forze di coesione molecolari. I gas possiedono un’alta energia cine0ca traslazionale e in condizioni di bassa pressione e elevate temperature è possibile considerarli molecole isolate. Ekin>>Epot I gradi di libertà possibili sono traslazionali, vibrazionali e rotazionali.
Lo stato gassoso
Lo stato gassoso
I gas non possiedono volume proprio. Il volume occupato da un gas è il volume del recipiente.
Lo stato gassoso
Lo stato gassoso è definito da 4 osservabili: Pressione. Temperatura. numero di moli. Volume.
Lo stato gassoso
Numero di moli e Volume sono due grandezze Estensive cioé dipendono dalla quan0tà di sostanza. Pressione e Temperatura sono invece grandezze Intensive, cioé non dipendono dalla quan0tà di sostanza.
Gas Ideali
Un gas in condizioni di basse pressioni ed elevate temperatura si definisce ideale. Il gas ideale è cos0tuito da un insieme molecolare con cara-eris0che uguali (Es. molecole tu-e con la stessa dimensione). Il moto è disordinato, in quanto sono presen0 tuO e 3 i gradi di libertà orientazionali. In un gas ideale il volume proprio della molecola è trascurabile rispe-o al volume del recipiente. Non esistono interazioni di 0po a-raOvo o repulsivo tra le molecole nel recipiente.
Gas Ideali
Per definire in maniera quan0ta0va un sistema gassoso è sufficiente conoscere solo 3 delle 4 variabili, in quanto la quarta osservabile è univocamente determinata dall’equazione di stato dei gas: PV=nRT P: Pressione del sistema. V:Volume del sistema. n:numero di moli totali del sistema. T: Temperatura espressa in Kelvin del sistema.
Gas Ideali
P: Pascal (1 atm=101325 Pa). V:m3 n:numero di moli totali del sistema. T: Temperatura espressa in Kelvin del sistema. Lavoro: Joule.
Gas Ideali
TuO i gas alla pressione di 1 atm e alla Temperatura di 0 gradi Celsius occupano un volume di 22.4 Litri. Da cui deriva che il valore di R è costante. R si definisce costante universale dei gas: 8.314 J/(mol*K)
Gas Ideali
T in Kelvin=T in Celsius + 273.15. 0 K si definisce 0 assoluto.
Gas Ideali
Dall’equazione di stato segue la legge di Avogadro: Volumi uguali di gas nelle stesse condizioni di pressione e Temperatura, contengono lo stesso numero di moli.
Gas Ideali
Dall’equazione di stato segue la legge di Dalton: La pressione parziale di un gas all’interno di una miscela è uguale al prodo-o della Pressione totale x la sua frazione molare.
Gas Ideali
Pi=PTot* ni
nTot
ni
=xi nTot
xi si definisce frazione molare del componente iesimo.
Teoria cine/ca dei gas
L’energia cine0ca traslazionale di un gas dipende dalla Temperatura e segue una distribuzione di Maxwell-‐Boltzmann.
Teoria cine/ca dei gas
ngradi di libertà
Ekin= kT 2
k è la costante di Boltzmann (R/NA) Se consideriamo solo traslazioni in x,y,z: Ekin= 3 kT
2
Gas Reali
Nelle condizioni di alte pressioni e basse Temperature, ovvero in condizioni di rarefazione, non è più valida l’equazione di stato dei gas ideali. L’equazione che cara-erizza lo stato dei gas in queste condizioni è l’equazione di van der Walls: (P+ a 2 )(V-‐b)=RT V
a è la pressione dovuta alle collisioni molecolari. V2
b prende il nome di covolume.
Gas Reali
Temperatura cri0ca:
Temperatura al di sopra della quale il gas non è più liquefacibile per semplice compressione
Lo stato liquido
I liquidi sono dota0 di un’energia cine0ca traslazionale sufficientemente grande da potersi muovere all’interno del recipiente. Ne consegue che lo stato liquido possiede un volume proprio, ma non una forma propria. L’energia cine0ca traslazionale nei liquidi dipende solo dalla temperatura seguendo la distribuzione di Maxwell-‐Boltzmann.
Lo stato liquido
Lo stato liquido è cara-erizzato dalla presenza di gradi di libertà vibrazionali, traslazionali e rotazionali. Ques0 gradi di libertà sono influenza0 dalla presenza delle molecole vicinali presen0 nel sistema.
Lo stato liquido
Proprietà: Tensione superficiale. Tensione di vapore. Temperatura di ebollizione.
Lo stato liquido
Tensione superficiale: Immaginiamo di tagliare il liquido (Es. bolla di sapone) in due par0. Si definisce tensione superficiale del liquido la forza tangente alla superficie e perpendicolare al taglio, che 0ene unite le due par0.
Tensione superficiale
Lo stato liquido
Tensione di vapore: La pressione esercitata dalle molecole di vapore nelle condizioni di equilibrio Liquido →
Vapore ←
All’equilibrio la velocità di evaporazione eguaglia la velocità di condensazione.
Lo stato liquido
Temperatura di ebollizione Temperatura che si raggiunge quando la tensione di vapore del liquido eguaglia la pressione esterna. Per convenzione ci si riferisce a pressione esterne di 1 atm.

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