🧪 CHIMICA - CAPITOLO 12: Forze intermolecolari: liquidi, solidi e transizioni di fase

12.1 Stati Fisici e Forze Intermolecolari

TEORIA: Lo stato fisico dipende dalla competizione tra l'Energia Cinetica (Ek, tende a disperdere le particelle, dipende da T) e l'Energia Intermolecolare (Ep, tende a unirle). Gas: Ek >> Ep. Liquido: Ek ≈ Ep. Solido: Ep >> Ek.

12.1 Transizioni di Fase (Cambiamenti di Stato)

TEORIA: Endotermiche (richiedono calore, aumenta il disordine): Fusione (S->L), Vaporizzazione (L->G), Sublimazione (S->G). Esotermiche (rilasciano calore, aumenta l'ordine): Congelamento (L->S), Condensazione (G->L), Brinamento (G->S).

12.2 Equilibrio Dinamico Liquido-Vapore

TEORIA: In un recipiente chiuso, le molecole evaporano finché la velocità di evaporazione eguaglia la velocità di condensazione. La pressione esercitata dal vapore in equilibrio col liquido a una data T è la Tensione di Vapore.

12.2 Ebollizione (Definizione Fisica)

TEORIA: Avviene quando la Tensione di Vapore del liquido eguaglia la Pressione Esterna. Il punto di ebollizione "normale" è alla pressione di 1 atm (760 torr). In montagna (P bassa) l'acqua bolle a T < 100°C. In pentola a pressione (P alta) bolle a T > 100°C.

12.2 Equazione di Clausius-Clapeyron

TEORIA: Relazione matematica tra Tensione di Vapore (P) e Temperatura (T). ln(P) = (-DeltaH_vap / R) * (1/T) + C. Oppure forma a due punti: ln(P2/P1) = (-DeltaH_vap / R) * (1/T2 - 1/T1). Mostra che P aumenta esponenzialmente con T.

12.2 Diagramma di Fase (P vs T)

TEORIA: Grafico che mostra le condizioni di stabilità delle fasi. Linee di equilibrio separano le regioni S, L, G. PUNTO TRIPLO: Coesistono S, L, G in equilibrio. PUNTO CRITICO: T e P oltre le quali scompare la distinzione tra liquido e gas (Fluido Supercritico).

12.3 Forze Ione-Dipolo

TEORIA: Attrazione tra uno ione (es. Na+) e il polo opposto di una molecola polare (es. O di H2O). È la forza principale nella dissoluzione dei sali in acqua. Energia: 40-600 kJ/mol (molto forte).

12.3 Forze Dipolo-Dipolo

TEORIA: Attrazione tra il polo positivo di una molecola polare e il polo negativo di un'altra. Esiste solo tra molecole polari. Più alto è il momento di dipolo, maggiore è la forza e il punto di ebollizione. Energia: 5-25 kJ/mol.

12.3 Legame a Idrogeno (Caso Speciale)

TEORIA: Tipo fortissimo di interazione dipolo-dipolo. Richiede: 1) H legato covalentemente a N, O, F (piccoli e molto elettronegativi). 2) Una coppia solitaria su un altro atomo N, O, F vicino. ESEMPIO: H2O, NH3, HF, DNA. Spiega l'alto punto di ebollizione dell'acqua. Energia: 10-40 kJ/mol.

12.3 Forze di Dispersione (London)

TEORIA: Forze attrattive presenti in TUTTE le molecole (anche apolari e gas nobili). Causate da fluttuazioni momentanee degli elettroni che creano un dipolo istantaneo, inducendo un dipolo nel vicino. Dipendono dalla Polarizzabilità (facilità con cui la nuvola elettronica si deforma). Aumentano con la massa molare e la superficie di contatto (forma allungata > sferica).

12.4 Tensione Superficiale

TEORIA: Energia richiesta per aumentare la superficie di un liquido. Le molecole in superficie sono attratte solo verso l'interno (risultante forza non nulla), creando una "pellicola" tesa. L'acqua ha alta tensione superficiale (legami H). I tensioattivi la abbassano.

12.4 Capillarità (Adesione vs Coesione)

TEORIA: Risalita di un liquido in un tubo sottile. Coesione: attrazione tra molecole del liquido. Adesione: attrazione tra liquido e pareti. Se Adesione > Coesione (es. acqua su vetro), il liquido sale (menisco concavo). Se Coesione > Adesione (es. mercurio su vetro), il liquido scende (menisco convesso).

12.4 Viscosità

TEORIA: Resistenza di un fluido allo scorrimento. Dipende dalle forze intermolecolari (più forti = più viscoso) e dalla forma molecolare (molecole lunghe si aggrovigliano). Diminuisce all'aumentare della Temperatura (maggiore Ek vince le forze).

12.5 Unicità dell'Acqua

TEORIA: 1) Alto calore specifico (clima). 2) Alta entalpia di vaporizzazione (sudore raffredda). 3) Tensione superficiale alta. 4) Solvente universale (polare). 5) Densità Solido < Liquido (il ghiaccio galleggia perché la struttura esagonale aperta a legami H lascia spazi vuoti).

12.6 Solidi Cristallini vs Amorfi

TEORIA: Cristallini: particelle disposte in un pattern ordinato e ripetitivo (reticolo), punto di fusione netto. Amorfi: disordine a corto raggio (es. vetro, gomma), rammolliscono in un intervallo di T.

12.6 Cella Elementare (Unit Cell)

TEORIA: La più piccola unità ripetitiva del reticolo cristallino. TIPI CUBICI: 1) Cubica Semplice (SC): atomi ai vertici (1 atomo netto), numero coordinazione 6. 2) Cubica a Corpo Centrato (BCC): vertici + centro (2 atomi netti), coordinazione 8. 3) Cubica a Facce Centrate (FCC): vertici + facce (4 atomi netti), coordinazione 12 (impacchettamento compatto).

12.6 Legge di Bragg (Diffrazione Raggi X)

TEORIA: Metodo per determinare la struttura cristallina. I raggi X vengono diffusi dagli strati di atomi. Interferenza costruttiva se: n * lambda = 2 * d * sin(theta). (d = distanza tra i piani atomici).

12.7 Tipi di Solidi Cristallini

TEORIA: 1) Ionici (NaCl): duri, fragili, alto PF, isolanti (conduttori se fusi). 2) Metallici (Cu, Fe): variabili PF, conduttori, malleabili. 3) Covalenti Reticolari (Diamante, Quarzo): atomi legati covalentemente in rete gigante, PF altissimi, durissimi. 4) Molecolari (Ghiaccio, Zucchero): molecole tenute insieme da forze deboli (Van der Waals), bassi PF.