CLASSIFICACIÓ DE LA MATÈRIA

Transcripción

1 CLASSIFICACIÓ DE LA MATÈRIA Elements Substàncies pures Compostos Homogènia Mescles homogènies (dissolucions) MATÈRIA Mescles Heterogènia Mescles heterogènies DISSOLUCIONS Preparació de dissolucions a partir d un producte sòlid i a partir d una dissolució més concentrada. Unitats de concentració: molaritat, % en massa i % en volum. Densitat.

2 SUBSTÀNCIES PURES: canvis d estat Calor intercanviada en els canvis d estat: Q = m L on Q: calor (J); m: massa (kg); L: calor latent (J/Kg) Calor latent de fusió: ( f ): quantitat de calor necessària a Patmosfèrica perquè la unitat de massa passi de l estat sòlid a l estat líquid. (solidificació: líquid a sòlid) f = s Calor latent de vaporització: ( v ): quantitat de calor necessària a Patmosfèrica perquè la unitat de massa passi de l estat líquid a l estat gas. (Condensació: gas a líquid) v = c Calor latent de sublimació: ( sub ): quantitat de calor necessària a Patmosfèrica perquè la unitat de massa passi de l estat sòlid a l estat gas(sublimació inversa: gas a sòlid)

3 TEORIA CINÈTICOMOLECULAR: gasos

4 GASOS Relació entre Ec, velocitat molecular mitjana i Temperatura d un GAS Ec i Temperatura MOLÈCULA MOL Ec = ½ m v 2 Ec = Energia cinètica mitjana per molècula (J) m=massa molecular v= velocitat molecular Ec = 3/2 k T k =constant de Boltzman (k=r/na) k = 1, J K -1 T = temperatura absoluta(k) Ec = energia cinètica mitjana per molècula (J) Si igualem les dues expressions V = (3kT/m) Ec = ½ M V qm 2 Ec= Energia cinètica molar (J) M=massa molar V= velocitat quadràtica mitjana Ec=3/2 R T R=constant dels gasos (R=8,31 J/mol K) T = temperatura absoluta (K) Ec= energia cinètica molar (J) Vqm = (3RT/M)

5 GASOS Distribució de velocitats moleculars per a diferents gasos. Totes les corbes corresponen a la mateixa temperatura. Com més gran és la massa molecular, més estret és l' interval de variació de velocitats. Distribució de velocitats moleculars corresponent al mateix gas a temperatures diferents. Com més alta és la temperatura més àmplia és la dispersió de velocitats. Per què la velocitat d evaporació d un líquid augmenta molt ràpidament en augmentar la temperatura.

6 GASOS LLEI DELS GASOS IDEALS P V = n R T Sist. Unit. Pressió Volum N R Temperatura Atm L Mols 0,082 atm l/mol K K S.I. Pa m 3 Mols 8,31 J/mol K K bar L Mols 0,0831 bar l/mol K K Taula. Volum molar d alguns gasos a 0 ºC i 1 atm. El volum molar no és igual per a tots els gasos.

7 GASOS Desviacions de les lleis dels gasos: A pressions elevades: deixa de ser cert el primer postulat de la teoria cinèticomolecular: les molècules es troben molt a prop les unes de les altres i el volum de les molècules passa a ser una fracció significativa del volum del recipient. A temperatures baixes les forces exercides entre les molècules no poden ser negligides, com suposa l últim postulat de la teoria cinèticomolecular. En aquestes condicions la velocitat de les molècules és menor i les forces intermoleculars tenen una influència més gran. Equació de Van del Waals Per un mol de gas Per n mols de gas a i b són constants de Van der Waals que són majors com major és el volum de les molècules del gas i majors són les forces intermoleculars.

8 DIAGRAMES DE FASES

9 DIAGRAMES DE FASES Liquació de gasos: L existència de les forces intermoleculars en els gasos fa que es puguin liquar a baixes temperatures o a altes pressions. A la figura podem observar que disminuint la temperatura d un vapor que es troba en el punt A podem liquar-lo quan la seva pressió es fa igual a la pressió de vapor d equilibri (T A -> T C ) També podem observar que augmentant la pressió d un vapor que es troba en el punt A podem liquar-lo quan la seva pressió es fa igual a la pressió de vapor d equilibri a la temperatura a què es troba el gas.

10 DIAGRAMES DE FASES Temperatura crítica: Temperatura en què la densitat del vapor es fa igual a la del líquid i no es distingeixen les dues fases ( la superfície de separació desapareix). La temperatura en què passa això és la temperatura crítica (Tc) i la pressió corresponent, la pressió crítica (Pc). Quan un gas es troba a una temperatura per sobre de la seva temperatura crítica és impossible liquar-lo per molt que se n augmenti la pressió.

11 DIAGRAMES DE FASES QÜESTIONS: Molts gasos es transporten i utilitzen en cilindres o bombones d acer a pressió elevada. Les bombones de butà contenen en realitat una mescla de propà i butà. Fixem-nos en el propà. Com es troba el propà dins una d aquestes bombones a 20 ºC? (Dades: Pv propà a 20º C=9,53 atm i T crítica propà =370K) En quin estat físic es troba l oxigen dins un cilindre a pressió? (Dades: T crítica oxigen= 154K)

12 DIAGRAMES DE FASES DIAGRAMA DE FASES: Representació gràfica de les condicions de temperatura i pressió a les quals existeixen les fases sòlida, líquida i gasosa d una substància. DIAGRAMA DE FASES DE L H 2 O Distingim tres regions ben diferenciades cada una de les quals correspon a les condicions de pressió i temperatura en què podem trobar aigua líquida, gel o vapor d aigua. El terme FASE s utilitza per distingir el sòlid, el líquid i el gas. Les línies que separen les regions del diagrama s anomenen límits de fase. Els punts que formen cada límit de fase corresponen a les condicions en què coexisteixen dues fases en equilibri dinàmic. Així l aigua líquida i l aigua vapor es troben en equilibri al llarg de la línia TC; de fet aquesta línia indica les pressions de vapor d equilibri de l aigua en funció de la temperatura.

13 DIAGRAMES DE FASES Els sòlids, com els líquids, presenten una pressió de vapor. (Exemple polil ). La pressió de vapor de la majoria dels sòlids és molt petita, per exemple, la Pv del gel no passa de 0,006 atm, com es pot veure al diagrama de fases de l aigua. La pressió de vapor d un sòlid augmenta amb la temperatura (línia AT). El límit de fase entre el sòlid i el líquid (línia TD) mostra la dependència de la temperatura de fusió del gel amb la pressió externa. La línia té una lleugera inclinació cap a l esquerra, cosa que significa que la temperatura de fusió del gel disminueix quan n augmenta la pressió. (Exemple patinatge sobre gel). La disminució de la temperatura de fusió amb la pressió és característica del gel. En la majoria de substàncies la temperatura de fusió augmenta amb la pressió, perquè el pendent de la línia TD és positiu. Aquest efecte està relacionat amb el signe de la variació de volum en el canvi de fase.

14 DIAGRAMES DE FASES Línies AT, TC i TD delimiten tres zones corresponents a tres fases: S, L, G. La corba AT mostra la variació de la pressió de vapor del gel amb la temperatura. La corba TC mostra la variació de la pressió de vapor de l aigua líquida amb la temperatura. La corba TD indica la variació de la temperatura de fusió del gel en funció de la pressió externa. El punt F és el punt de fusió del gel a la pressió d 1 atm (punt de fusió normal). El punt E és el punt d ebullició de l aigua a la pressió d 1 atm (punt d ebullició normal). El punt C correspon al punt crític, que proporciona la temperatura i la pressió crítiques. La corba TC acaba en aquest punt, perquè per sobre de la temperatura crítica, deixa d existir distinció entre el líquid i el gas. Així doncs, la pressió crítica és la màxima pressió de vapor que pot tenir un líquid. La temperatura crítica de l aigua és 374 ºC i la pressió crítica és 218,3 atm. El punt T és un punt molt important del diagrama de fases que s anomena punt triple. A la temperatura del punt triple de l aigua (273,16 K o 0,01 ºC), tant l aigua líquida com el gel tenen la mateixa pressió de vapor (0,006 atm).

15 DIAGRAMES DE FASES En el punt triple la pressió de vapor del sòlid i del líquid són iguals. Com que el vapor està en equilibri amb el líquid i el sòlid a la vegada, es dedueix que les tres fases estan en equilibri. Això significa que en aquest punt coexisteixen les tres fases. El punt triple de l aigua correspon a una temperatura de 0,01 ºC (273,16 K) i una pressió de vapor de 0,006 atm.

16 DIAGRAMA DE FASES DE L H 2 O

17 DIAGRAMA DE FASES DEL CO 2

18 DIAGRAMA DE FASES D UNA DISSOLUCIÓ