Curs 5 I. STAREA LICHIDA, FENOMENE SUPERFICIALE II. TRANSFORMARI DE FAZA

Transcript

1 Curs 5 I. STAREA LICHIDA, FENOMENE SUPERFICIALE II. TRANSFORMARI DE FAZA

2 I. Starea Lichida Starea lichida ocupa o pozitie intermediara intre starea gazoasa si cea solida. Prezinta caracteristici comune atat cu starea gazoasa cat si cea solida (ex. are volum propriu dar nu are forma proprie). Existenta volumului propriu in cazul lichidelor explica valoarea mare a densitatii lichidelor (acelasi ordin de marime ca si in cazul solidelor) comparativ cu a gazelor. Existenta unui volum propriu si absenta formei proprii in cazul lichidelor sugereaza existenta unor forte de interactiune moleculara (forte intermoleculare) mai mari decat in cazul gazelor dar mai mici decat in cazul solidelor. Existenta fortelor intermoleculare pe de o parte ingradeste libertatea de miscare a moleculelor iar pe de alta parte, avand intensitati prea mici, nu favorizeaza formarea unor configuratii moleculare spatiale stabile. Au o structura cvasicristalina caracterizata printr-o ordine la mica distanta. Dimensiunile mici ale configuratiilor ordonate ce apar in lichide le confera acestora un timp de viata scurt (10-9 s). In interiorul lichidului exista goluri care permit moleculelor sa migreze intre unitatile ordonate. Datorita lipsei ordinii la mare distanta, lichidele nu prezinta proprietati anizotrope (exceptie fac doar cristalele lichide). Miscarea termica este prezenta in lichide dar moleculele se misca relativ lent in interiorul lichidului.

3 r 2 r 0 r 1 Fig. 1 Variatia cu distanta a fortelor intermoleculare Fortele de interactiune dintre moleculele de lichid sunt de natura electrostatica. La distante r 2 <d<r 1 distributia de sarcina a moleculelor favorizeaza aparitia unor interactiuni de tip atractiv. La distante mici (d<r 2 ) suprapunerea orbitalilor moleculari duce la aparitia unor forte repulsive. Fenomene superficiale Fenomenele legate de suprafata de separare dintre un lichid si mediul care-l inconjoara se numesc fenomene superficiale. Fenomenele legate de suprafata de separatie dintre un lichid si mediul gazos de deasupra acestuia se numesc fenomene de suprafata. Fenomenele legate de suprafata de separatie dintre un lichid si peretii vasului in care acesta se gaseste se numesc fenomene de adeziune si capilare.

4 Fig. 2 I.1 Fenomene de suprafata Suprafata de separatie dintre un lichid si mediul gazos in care acesta este plasat, constituie suprafata libera a lichidului. In lichide fortele de interactiune intermoleculare devin neglijabile la o distanta egala cu raza de actiune moleculara (r 10-9 m). Moleculele de lichid interactioneaza doar in cazul in care sunt situate in acceasi sfera de actiune moleculara.

5 r=raza raza de actiune moleculara R 0 R 0 R=0 Fig. 3 ρ gaz <ρ lichid => fortele de interactiune moleculara gaz-lichid sunt mai mici comparativ cu fortele de interactiune moleculara lichid-lichid lichid. Fiecare molecula de lichid aflata la d<r va fi supusa unei forte rezultante orientata perpendicular pe suprafata libera a lichidului si indreptata spre interiorul acestuia. Marimea fortei rezultante creste odata cu scaderea distantei dintre molecula si suprafata libera a lichidului. Moleculele siutuate la distanta d<r vor exercita o presiune asupra lichidului numita presiune interna. Totalitatea moleculelor care participa la realizarea presiunii interne formeaza patura superficiala a lichidului (stratul superficial). Presiunea exercitata de stratul superficial are valori foarte mari (11*10 8 N/m 2 ). Valoarea mare a presiunii interne explica de ce lichidele sunt practic incompresibile, acestea fiind puternic comprimate de stratul superficial.

6 Trecerea unei molecule din lichid in stratul superficial presupune efectuarea unui lucru mecanic (consum de energie). La trecerea moleculei in stratul superficial energia cinetica iar energia potentiala a acesteia creste. La trecerea moleculei din stratul superficial in lichid, energia cinetica a moleculei va creste iar energia potentiala se va diminua. Moleculele din stratul superficial au un surplus de energie potentiala comparativ cu restul lichidului. Stratul superficial (ca intreg) ) are un surplus de energie comparativ cu restul lichidului. Energia potentiala a stratului superficial este proportionala cu aria suprafetei libere a lichidului: E ps = σs (1) σ=coeficientul de tensiune superficiala a lichidului lichidului [ σ ] [ E ] J =1 2 = ps SI SI = 1 N [ S] m m In starea de echilibru energia potentiala a stratului superficial este minima. Suprafata de separare lichid mediul extern se curbeaza tinzand sa devina sferica la echilibru. O suprafata se mentine curba daca asupra acesteia actioneaza forte tangente la suprafata si perpendiculare pe conturul acesteia (forte de tensiune superficiala). Stratul superficial al lichidului se comporta ca o membrana elastica care tinde sa micsoreze suprafata libera a lichidului. SI

7 Fig. 4 Lichid gliceric în n interiorul unui cadru de sârmă cu latura CD mobilă.(.(lăsată în n poz. C 1 D 1 se deplasează în n sensul micşorării ariei suprafeţei ei libere a peliculei). forţele superficiale efectuează lucru mecanic pe seama micşorării energiei potenţiale L S = F ΔxF L S = σ ΔS F Δx x = σ ΔS F Δx x = σ l Δx F = σ l (2) Fenomenele superficiale exprimă evoluţia unui sistem spre o stare de echilibru caracterizată printr-un minim energetic. Fig. 5 F s ac F s Fig. 6 Lichid (H 2 O) G

8 I.2 Legea lui Laplace F s σl = 2πRσ = (3) R Fs 2πRσ 2σ p = = = 2 S πr R Δ (4) Fig. 7 P 0 P 0 +Δp P 0 -Δp Pierre-Simon, marquis de Laplace ( ): astronom, matematician si fizician francez.

9 Δp = σ 1 R R 2 (5) Reprezinta expresia generala a presiunii suplimentare exercitata sub o suprafata curba. R 1 si R 2 sunt razele de curbura ce definesc suprafata respectiva (valoarea maxima si respectiv minima a razelor de curbura) iar grosimea membranei este neglijabila. Fig. 7 Fig. 8 T T μ p int p ext Δp R μ R = (8) Obs: Curbura unei membrane trebuie mentinuta de o anumita diferenta de presiune!!! 2σ Δp = R σ Δp = R (6) (7) T= T=tensiunea in peretele vasului (forta tangentiala ce actioneaza pe unitatea de lungime) Δp=diferenta de presiune (Δp=pint-pext) (membrana de forma sferica) (membrana de forma cilindrica) μ=grosimea peretelui vasului (membrana de grosime finita) (forma cilindrica) (pentru un cilindru R 1 = => Δp=σ/R) pentru o suprafata plana R 1 =R 2 = => Δp=0 T Δp R 2μ = (9) (forma sferica)

10 Consecinte: 1) Tensiunea parietala este proportionala cu presiunea sangelui si raza arerei. In cazul unui anevrism, cresterea razei arterei duce la cresterea tensiunii parietale iar cand aceasta depaseste capacitatea de tensionare a vasului apare ruptura. 2) In cazul alveolelor pulmonare: Δp = 2σ R Δp=presiuneapresiunea aerului alveolar R=raza alveolei Δp= torr pentru apa Δp scade datorita surfactantului pulmonar prevenind colapsul alveolelor ( catastrofa spatiilor alveolare este determinata de faptul ca raza alveolara este invers proportionala cu presiunea iar alveolele tind sa se autocolabeze)la sfarsitul expiratiei. Fig. 9 Surfactantul pulmonar este un lichid cu proprietati tensioactive care acopera suprafata plamanilor. Creste complianta pulmonara si reduce travaliul respirator (complianta( pulmonara-δv pulm /Δp) Previne colapsul alveolelor la sfarsitul expiratiei asigurand o valoare aproximativ constanta a presiunii Laplace prin modificarea concentratiei de surfactant in timpul procesului de respiratie.

11 I.3 Surfactanti Surfactantii sunt compusi chimici care au rolul de a reduce coeficientul de tensiune superficiala. capete. Sunt molecule hidrocarbonate care prezinta o grupare ionica la unul din Gruparea ionica este hidrofila iar radicalul hidrocarbonat este hidrofob. Proprietatile surfactantilor: Adsorbtia. Udarea suprafetelor. Fig. 10 In cazul detergentilor sau sapunului prin reducerea tesiunii superficiale a apei faciliteaza ca aceasta sa penetreze mai usor tesaturile. Penetreaza mizeria din tesaturi (in mare parte formata din uleiuri si grasimi) facilitand indepartarea acesteia. Fig. 11

12 I.4 Tensiunea superficială a lichidelor şi i soluţiilor Scade odată cu creşterea temperaturii ( ( 0 la t critică critică ). σ (10-3 N/m) Fig. 12 Scade odată cu creşterea concentraţiei solvitului Depinde de natura substanţei (solventului şi i solvitului) Tensiunea superficială a apei mare (datorită tă legăturilor de hidrogen dintre moleculele de apă) În n privinţa a influenţei ei solvitului 3 cazuri: - Nu modifică tensiunea superficială (ex. zahăr dizolv. în n apă) - Măreşte tensiunea superficială (cazul soluţiilor apoase de electroliţi) i) - Micşorează tensiunea superficială (ex. soluţii apoase de soluţii organice polare) Substanţele care prin adăugarea lor scad considerabil tensiunea superficială ială a soluţiei, se numesc TENSIOACTIVE.

13 SUBSTANŢELE TENSIOACTIVE : acizi graşi i cu lanţuri lungi de C, alcooli, a săruri biliare,etc. Explicaţie: ie: La întâlnirea dipolilor apei, moleculele polare ale lichidelor organice se orientează cu grupele polare una în n faţa a celeilalte ceea ce duce la o interacţiune iune (desemnată prin termenul de hidrofilie) ) care c se manifestă printr-o o bună solubilitate a acestor lichide în n apă. Aceste molecule pătrund între dipolii apei, slăbind s forţele intermoleculare în stratul superficial, ceea ce duce la micşorarea tensiunii superficiale (în( n măsură cu atât mai mare cu cât este mai mare concentraţia soluţiei). Pătrund între dipolii apei din stratul superficial unde se aglomerează adsorbţie pozitivă. Concluzie: În n contact cu apa, gruparea polară (hidrofilă lă) ) se orientează în n stratul superficial spre faza apoasă,, iar i cea nepolară (hidrofobă bă) ) spre s partea opusă. Cantitatea de substanţă ă adsorbită în n stratul superficial este o funcţie dependentă (crescătoare cătoare ) de concentraţia soluţiei. Dacă:: c c Madsorbită Tens. Sup. Are loc până când suprafaţa a liberă este saturată.. Astfel,T A ajunge la o valoare minimă. Coeficientul de adsorbţie : a = - c/t R dσ/dc /dc Relaţia lui Gibbs

14 Fig. 13 Fenomenul invers, când substanţele care măresc tensiunea superficială se îndepărtează de suprafaţă ă spre profunzime adsorbţie negativă.

15 I.5 Importanţa a tensiunii superficiale în n medicină: Coeficientul de tensiune superficială a lichidelor biologice din organismul uman este în n general mai mic decât al apei (ceea( ce probează că moleculele de interes biologic sunt agenţi tensioactivi). Organismul uman dispune de două categorii mari de agenţi tensioactivi: Substanţe e care acţionează în n mod secundar ca agenţi i tensioactivi. În n această categorie intră majoritatea substanţelor metabolizate de către organism ajunse în n stadiul de acizi organici. Principii alimentari în n special lipidele şi i glucidele pe măsură ce sunt oxidate trec prin stadiul de cataboliţi i acizi, substanţe e care joacă un rol tensioactiv. Astfel A scad tensiunea superficială a mediilor în n care se află şi i favorizează procesele de permeabilitate. Substanţe e care au ca rol principal în n organism scăderea tensiunii superficiale a lichidelor biologice. În n această categorie intră acizii biliari, acidul glicocolic şi i taurocolic care formează cu ionii metalelor alcaline săruri solubile în n apă (glicocolat de Na, taurocolat de Na), substanţe e puternic tensioactive.

16 Acizii biliari care sunt eliminaţi i prin coledoc în n duoden întâlnesc bolul alimentar ( conţine lipide aproape în n totalitate nedigerate) şi i vor contribui la scăderea tensiunii superficiale a grăsimilor alimentare,, ceea ce uşurează urează emulsionarea lor.. Această A emulsionare are ca efect transformarea grăsimilor în n particule cu volume foarte mici şi i cu suprafaţa a de contact cu mediul de arie foarte mare. Astfe, aria interfeţelor elor grăsimilor se măreşte considerabil prin emulsionare iar acestea pot fi mai eficient metabolizate. Observaţii: Tens. superf. condiţionează ionează permeabilitatea membranelor,, schimbul dintre celule şi i mediul interstiţial. ial. Subst. tensioactive favorizează permeabilitatea membranelor,, absorbţia intestinală o serie de medicamente se administrează cu subst. tensioactive. Anestezicele (subst. tensioact.) determină scăderea tensiunii superficiale a sângelui. Lichidele din organism au tensiuni superficiale < decât a apei se modifică în n cazul stărilor patologice. Ex. Urina U normală are tens.. sup ~ N/m. În n cazul unor afecţiuni (icter, leziuni hepatice) datorită apariţiei iei unor acizi şi i săruri biliare N/m

17 I.6 Interfaţa a solid-lichid lichid, Fenomene capilare Fenomenele superficiale care au loc la contactul dintre lichide şi i solide fenomene de udare La contactul dintre solid şi i lichid apar forţe e de coeziune F C între moleculele lichidului şi i forţe e de adeziune F A între moleculele lichidului şi ale solidului. În n raport cu lichidele, o suprafaţă ă solidă poate fi: Liofilă (hidrofilă lă) ) (F A > F C ), udă pereţii vasului (lichidul aderă la suprafaţa a solidului) Indiferentă (caz ideal) Liofobă (hidrofobă bă) ) (F A < F C ), evită contactul cu pereţii vasului (lichidul nu aderă la solid). OBS. În n imediata vecinătate a pereţilor vasului meniscul devine: concav (în( n raport cu aerul) la lichidele care udă pereţii vasului convex la lichidele care nu udă pereţii vasului.

18 h = r 2 ρ σ g (10) (legea lui Jurain) Fig. 14 Aplicaţii: ii: Există unele substanţe e numite agenţi i udanţi care introduse în n lichide favorizează udarea unor solide. Macromoleculele mediilor biologice au o structură complexă,, asimetricăa grupări polare (ionizante): carboxil COOH, amino NH 2+, hidroxil OH, sunt hidrofile (atrag în n jur molecule de apă). grupări nepolare: : grupări g hidrocarbonice CH sunt hidrofobe (interacţ.. mai puternic între ele decât cu apa)

19 Efect hidrofob macromoleculele biologice în n mediu apos tind să se plieze şi i să se plaseze astfel încât să expună spre mediu cât mai multe grupări hidrofile şi i să orienteze spre zone interioare grupări hidrofobe. Ex. Proteinele membranare intrinseci care expun spre mediile intern şi extern apoase grupări hidrofile iar spre interiorul membranar grupări hidrofobe. OBS. Macromoleculele se organizează astfel încât împreună cu solventul să atingă o energie potenţială termodinamică minimă. interacţiunile iunile dintre mediul apos şi i macromolecule au loc până la degajarea unei cantităţi i mari de energie când se formează un număr mare de legături.

20 II. TRANSFORMARI DE FAZA II.1 Faze ale unui sistem termodinamic O faza a unui sistem termodinamic este o regiune omogena a sistemului termodinamic in care proprietatile fizice sunt aceleasi. O faza materiala a unui sistem poate fi alcatuita dintr-o substanta pura sau un amestec de substante (ex. o solutie chimica omogena reprezinta o faza formata din doua s-au mai multe substante chimice iar un amestec de nisip si sare nu reprezinta o faza ci un amestec de doua faze). Exemple de faze: Solida, lichida si gazoasa (determinate de starea de agregare a sistemului considerat) ) (cele( mai familiare). Plasma, superlichidele, supersolidele, starea paramagnetica si/sau feromagnetica a materialelor magnetice (exemple mai putin familiare). Intensitatea interactiunilor dintre particulele constituente ale sistemului termodinamic depinde de starea de agregare a sistemului termodinamic.

21 structura cristalina (solide cristaline) Solidele structura amorfa (solide amorfe) Fig.11 Structura solida amorfa (stanga) si structura solida cristalina (dreapta) Solide amorfe: nu au o simetrie de aranjare a particulelor, dispunere: haotică a particulelor componente în n tot volumul corpului, ordine locală, dispunerea este asemănătoare cu cea a particulelor în n lichide, dar în n corpurile amorfe au o mobilitate mult mai mică (sticla). Solide cristaline: simetrie de aranjare a atomilor, dispunere: regulată tă,, continuă c şi periodică a particulelor în n cristale (dat. forţelor de inter. foarte puternice), particulele se aranjează a.î. a. Epot = min (cristalul este stabil) proprietăţi: i: - anizotropie punct de topire bine determinat.

22 Fig. 16 Structura cristalina a clorurii de sodiu (NaCl) Polimorfismul reprezinta capacitatea solidelor cristaline de a avea doua sau mai multe structuri cristaline. Polimorfismul este important in procesul de fabricare a componentelor farmaceutice (numeroase medicamente primesc aprobare doar pentru o anumita forma cristalina) Alotropia este proprietatea unor elemente chimice de a avea doua sau mai multe structuri (cristaline sau amorfe). Alotropia reprezinta un caz particular al polimorfismului. Fig.17 Formele alotrope ale structurii cristaline ale carbonului

23 Diamantul si grafitul sunt forme alotrope ale carbonului. Proprietatile fizice ale acestora sunt determinate de structura lor cristalina. Exemplu: Diamantul este mineralul cu cea mai mare duritate in timp ce grafitul are o duritate foarte mica. Diamantul este un bun izolator electric in timp ce grafitul este un bun conductor electric. Diamantul este transparent, grafitul este opac. Diamantul este un bun abraziv in timp ce grafitul este un bun lubrefiant. In conditii normale de presiune si temperatura grafitul este stabil iar diamantul este instabil trecand in grafit (procesul de transformare suferit de diamant in conditii normale de presiune si temperatura este extrem de lent). In structura de tip diamant fiecare atom de carbon este inconjurat de alti patru atomi de carbon formand cu acestia legaturi covalente puternice (C-C). C). In gazul grafitului fiecare atom de carbon este inconjurat doar de trei atomi de carbon formandu-se doua legaturi C-C si o legatura C=C. In acest caz atomii de carbon sunt asezti in plane suprapuse care pot aluneca usor unele peste altele.

24 II.2 Transformari de faza ΔQ= Q=ΔU+W (12) Schimbul de caldura dintre un sistem termodinamic si mediul exterior duce in general la modificarea parametrilor de stare a sistemului termodinamic (ex. temperatura) Schimbul de caldura (energie)) cu exteriorul poate determina si trecerea sistemului termodinamic dintr-o faza in alta (ex. modificarea starii de agregare). Fig. 18 Variatia in timp a temperaturii in procesul de topire a ghetii In procesul de topire temperatura ramane constanta Procesul de topire nu este instantaneu.

25 SOLID sublimare desublimare topire solidificare LICHID vaporizare condensare GAZ Fig. 19 Transformari de faza intre starile de agregare solida, lichida si gazoasa Toate transformarile de faza ale sistemului termodinamic determina o modificare a energiei interne in sistem. Energia necesara pentru a produce o transformare de stare = caldura latenta de transformare. Caldura latenta a unei tranzitii (transformari de faza) depinde de: - masa sistemului, - natura substantei din care este alcatuit sistemul, - natura transformarii. Q=λm m (13)

26 II.2.1 Topirea si solidificarea Fenomenul de topire si procesul invers de solidificare au loc la temperatura constanta in cazul solidelor cristaline. T topire solidificare =constant (P=constant) topire =T solidificare La T=T topire starea solida si cea lichida sunt in echilibru Punctul de topire depinde de valoarea presiunii. λ t ( s ) = Q m (14) Temperatura de topire scade usor odata cu cresterea presiunii. Fig. 20 Curba de topire pentru apa pura in absenta aerului

27 (a) (b) Fig. 21 Variatia in timp a temperaturii pentru un solid cristalin (a) si respectiv amorf (b) Corpuri amorfe: tranzitia ia în n starea lichida se realizeaza treptat, la încalzire se înmoaie treptat si în n final devin lichide, în n timpul topirii corpurile amorfe T t creşte astfel încât T t constant, la solidificare, temperatura scade constant. Eutectice T t a unei substante e depinde de puritatea ei. Definitie: ie: Compozitia ia aliajului sau amestecului care corespunde punctului valorii minime T t, se numeste eutectic. În n tehnica amestecurile eutectice foarte importante în n special în n cazul amestecurilor sub formă de pulbere a caror c temperatura corespunzătoare eutecticului se găseşte la temperatura camerei.

28 II.2.2 Vaporizarea si condensarea Trecerea unei substanţe e din stare lichidă în n stare de vapori cu abs. de căldură VAPORIZARE. Procesul invers: CONDENSARE. Vaporizarea la suprafaţa a lichidului EVAPORARE. Vapori saturanţi vaporii aflaţi în n echilibrul dinamic cu lichidul din care provin (ps). Vaporii saturanţi i sunt în n contact cu lichidul şi i au o presiune maximă. Vapori nesaturanţi sunt acei vapori care nu sunt în n contact cu lichidul propriu şi i au o presiune mai mică decât cea a vaporilor saturanţi. Pentru ca vaporizarea să aibă loc la o temperatură constantă,, este e necesară furnizarea unei energii calorice lichidului. λ = Q v m Caldura latenta de vaporizare: (15) FIERBEREA procesul de vaporizare care are loc în n toată masa lichidului. Temperatura la care fierbe lichidul este constantă in conditii fizice date.

29 OBS: Dacă presiunea deasupra lichidului este presiunea normală,, adică a de 1 atm, temperatura la care fierbe lichidul se numeşte temperatură normală de fierbere. Odată cu creşterea presiunii exterioare temperatura de fierbere va creşte de asemenea şi i invers. Spre deosebire de vaporizarea în n vid, în n atmosferă gazoasă evaporarea se face mai lent. Dacă D se face într-un volum limitat, ea se produce la fel ca şi în n cazul în care s-ar s face în n vid, până când presiunea vaporilor din incintă devine egală cu presiunea vaporilor saturanţi. Fig. 22 Curba de vaporizare pentru apa pura APLICAŢIE: IE: autoclave temperatura de fierbere a apei atinge 131 C şi i permite sterilizarea mai bună,, distrugând şi i bacteriile rezistente la temperatura normală de fierbere a apei.

30 II.2.3 Sublimarea si desublimarea faza solidă faza gazoasă SUBLIMARE faza solidă faza gazoasă DESUBLIMARE Substante care sublimeaza: naftalina (C 10 H8), gheaţa carbonica (CO 2 ), arsenicul (As). II.3 Starea critica, punctul triplu al substantei - Scaderea temperaturii + cresterea presiunii deasupra unui lichid favorizeaza transformarea din gaz în n lichid. izoterma critică: deasupra ei poate fi numai gaz sub ea gazul poate fi lichefiat prin mărirea presiunii. T critic (H 2 O)= 647,4 K, P critic (H 2 O)= atm Fig. 23 Izotermele lui Andrews Gazele: - departe de izot. crit. gaze ideale - aproape de izot. crit. gaze reale

31 Punctul de pe diagrama de faza unde cele trei stari (lichida, solida si gazoasa) coexista in echilibru. P(H 2 O) = 4,579 mm Hg et T(H 2 O) = 0,0100 C. Fig. 24 Punctul triplu al apei Din diagramă se observă că,, la diferite presiuni şi temperaturi, pot exista câte două faze în n echilibru: solid- lichid, lichid-vapori sau solid-vapori. Există un singur punct,, punctul triplu, in care pot coexista cele 3 faze in echilibru.

32 Diagrama de faza a apei si a dioxidului de carbon P (atm( atm) H 2 O lichid punctul triplu P (atm( atm) CO 2 lichid punctul triplu solid solid vapori vapori t ( o C) t ( o C) Fig.25 Diagramele de faza pentru H 2 O si CO 2 La presiunea atmosferica apa se gaseste deasupra punctului triplu iar dioxidul de carbon sub punctul triplu. Valoarea mare a presiunii punctului triplu al dioxidului de carbon explica de ce aceasta substanta sublimeaza (t (CO 2 )=-80 o C) ) la presiuni egale cu presiunea atmosferica. (t sublimare (CO

33 II.4 Gaze reale: Volumul gazului real este mai mic decat al celui ideal: V g.real < V g.ideal Interactiunile dintre moleculele gazului sunt de tip Van de Waals 1. Datorita fortelor de interactiune intermoleculare presiunea gazului creste: p + π pv = RT (p+π)v = RT 2. Volumul molecular nu poate fi neglijat: V - b (p+π)(v )(V - b) = RT (16) (ecuatia Van der Waals)

34 Intrebari test grila 1) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte: Stratul superficial se comporta ca o membrana elastica. In stare de echilibru energia potentiala a stratului superficial este maxima. In stare de echilibru energia potentiala a stratului superficial este minima. Stratul superficial nu exercita nici o presiune asupra lichidului. 2) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte: Lichidele sunt practic incompresibile datorita stratului superficial al acestora. Forma sferica a picaturilor de lichid este determinata de proprietatile stratului superficial al acestora. Coeficientul de tensiune superficiala al apei creste odata cu cresterea temperaturii. Coeficientul de tensiune superficiala scade odata cu scaderea temperaturii. 3) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte: Coeficientul de tensiune superficiala a unei solutii depinde de natura solutului. Zaharul este o substanta tensioactiva. Alcoolul etilic este o substanta tensioinactiva. In cazul solutului tensioactiv, coeficientul de tensiune superficiala al solutiei depinde de concentratia acesteia.

35 4) Bifaţi răspunsurile corecte: Lichidele au o structura cvasicristalină caracterizate printr-o ordine la mică distanţă. Intensitatea mişcarii de agitaţie termică in licide este mai mică decât in cazul gazelor. Stratul superficial exercită o presiune foarte mare asupra lichidului. Lichidele sunt practic incompresibile datorită stratului superficial al acestora. Stratul superficiual se comportă ca o membrană rigidă. 5) Bifaţi răspunsurile corecte: In stare de echilibru energia potenţială a stratului superficial este maximă. In stare de echilibru energia potenţială a stratului superficial este minimă. Fenomenele superficiale exprimă evoluţia unui sistem spre o stare de echilibru caracterizată printr-un minim energetic. Forţele de tensiune superficială sunt normale la suprafaţa liberă a lichidului şi tangente la conturul acesteia. Forma sferica a picaturilor de lichid este determinata de proprietatile stratului superficial al acestora. 6) Bifaţi răspunsurile corecte: Coeficientul de tensiune superficiala al apei creste odata cu cresterea temperaturii. Valoarea coeficientului de tensiune superficială al apei este determinat de legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă. Coeficientul de tensiune superficiala scade odata cu scaderea temperaturii Alcoolul etilic este o substanta tensioinactiva. In cazul solutului tensioactiv, coeficientul de tensiune superficiala al solutiei depinde de concentratia acesteia.

36 7) Bifaţi răspunsurile corecte: Tensiunea superficială nu influenţează permeabilitatea membranelor. Anestezicile determină scăderea tensiunii superficiale a sângelui. Suprafaţa libera a lichidelor care udă pereţii vasului este un menisc convex. Zaharul este o substanta tensioactiva. Vâscozitatea sângelui este mai mică in vasele capilare decât in artere. 8) Bifaţi răspunsurile corecte: Polimorfismul reprezinta capacitatea solidelor cristaline de a avea doua sau mai multe structuri cristaline. Polimorfismul este un caz particular al alotropiei. Proprietăţile fizice ale formelor polimorfe sunt determinate de structurile cristaline ale acestora. Diamantul şi grafitul sunt forme alotrope ale carbonului. Forele polimorfe reprezintă faze distincte ale aceleiaşi substante. 9) Bifaţi răspunsurile corecte: Transformarile de fază presupun un schimb de energie cu exteriorul. In procesul de topire al unui solid cristalin temperatura acestuia ramâne constantă. In procesul de topire al unui solid amorf temperatura acestuia ramane constantă. Temperatura de topire nu este influenţată de parametrii de stare ai sistemului. Temperatura de topire a apei scade usor cu cresterea presiunii exercitate asupra acestuia.

37 10) Bifaţi răspunsurile corecte: Vaporii saturaţi sunt în contact cu lichidul şi au o valoare maxima a presiunii. Fierberea este un proces de vaporizare. Temperatura de fierbere a apei depinde de valoarea presiunii atmosferice. Temperatura de fierbere a apei creşte odată cu scaderea presiunii atmosferice. Transformarile de faza presupun un schimb de energie cu exteriorul. 11) Bifaţi răspunsurile corecte: In procesul de topire al unui metal acesta cedează caldură in exterior. Gheaţa este o substanta care nu poate sublima. Procesul de sublimare necesită un transfer de caldură mai mare comparativ cu cel de topire sau solidificare. Caldura latentă a unei tranziţii de fază depinde doar de natura şi proprietătile substanţei şi respectiv natura transformării suferite de aceasta. Vaporizarea în atmosferă gazoasă se face mai rapid decât in vid. 12) Punctul triplu al unei substanţe: Este punctul de pe diagrama de faza unde cele trei faze ale unei substante (solida, lichida si gazoasa) coexista in echilibru.. Punctul triplu al apei este un punct de referinta pentru scara (de temperatura) Kelvin. Punctul triplu si punctul critic al unei substante sunt identice. Presiunea si temperatura corespunzatoare punctului triplu au valori unice. Valoarea punctului triplu al apei depinde de puritatea acesteia.

38 13) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte: Procesul de sublimare necesita un transfer de caldura mai mare comparativ c cu cel de topire si respectiv solidificare. Geaţa a este o substanta care nu poate sublima. Temperatura de topire nu este influentata de parametrii de stare ai materialului studiat. Temperatura de topire a unui material scade usor cu cresterea presiunii exercitate asupra acestuia. Probleme 1) Determinati variatia de entropie la topirea a 300 g de plumb. Temperatura de topire a plumbului este de 327 o C si caldura latenta de topire este de 5.85 cal/g. 2) Doua kg de apa cu temperaturat t 1 =90 o C trebuie racite pana la temperatura t 2 =15 o C. Cata gheata cu temperatura t 3 =-20 o C este necesara pentru a face aceasta racire?? ( (λ g =34*10 4 J/kg, c g =2090 J/kg grad) 3) Un tub capilar cu diametrul d=0.15 mm este scufundat vertical in alcool (d alcool =979 kg/m 3 ). Inaltimea pana la care se ridica alcoolul in tub este h=7.6 cm. Sa se calculeze coeficientul de tensiune superficiala al alcoolului.