Definizione di fase in termodinamica
Prendiamo un secchio che contiene il nostro sistema termodinamico: acqua e blocchetti di marmo.
In queste condizioni ho chiaramente due fasi: l'aqua e il marmo.
Poi frantumo i blocchetti fino a ridurli in polvere ed ottenere quindi un fango di acqua e marmo. Se ho sminuzzato "molto" posso dire di aver ottenuto una sola fase (fango)?
In queste condizioni ho chiaramente due fasi: l'aqua e il marmo.
Poi frantumo i blocchetti fino a ridurli in polvere ed ottenere quindi un fango di acqua e marmo. Se ho sminuzzato "molto" posso dire di aver ottenuto una sola fase (fango)?
Risposte
direi di no. Se i pezzetti di marmo sono inferiori al millimetro di diametro puoi parlare di sistema colloidale, che è comunque costituito da due fasi, una continua e una dispersa (infatti si parla anche di dispersioni colloidali).
ciao Piero, grazie.
Associo all'idea di fase quella di sostanza omogenea, cioè di sostanza che presenta le stesse caratteristiche fisiche (densità, caratteristiche elettriche, ottiche..) in ogni suo "volumetto termodinamico": quindi credevo che anche il fango di acqua e marmo fosse un'unica fase.
Anche l'aqua salata sufficientemente diluita (cioè senza sale solido depositato sul fondo) è considerata un'unica fase? L'acqua zuccherata?
Associo all'idea di fase quella di sostanza omogenea, cioè di sostanza che presenta le stesse caratteristiche fisiche (densità, caratteristiche elettriche, ottiche..) in ogni suo "volumetto termodinamico": quindi credevo che anche il fango di acqua e marmo fosse un'unica fase.
Anche l'aqua salata sufficientemente diluita (cioè senza sale solido depositato sul fondo) è considerata un'unica fase? L'acqua zuccherata?
La tua idea di fase mi pare corretta. Ogni porzione omogenea che mantiene in ogni suo punto identiche proprietà fisiche e fisicamente separabile dalle altre di un sistema.
In una soluzione non satura, ad esempio, tutti i soluti presenti in un solvente costituiscono, con il solvente stesso, un'unica fase soluzione.
Un colloide non è una soluzione. La nebbia (gas +liquido) è un colloide. In pratica si può ritenere lo stato colloidale come una condizione intermedia tra le soluzioni e le sospensioni. Probabilmente la tua pappetta di fango è più una sospensione che un colloide; credo dipenda dalla dimensione delle particelle.
Qui però mi fermo, perchè servirebbe qualcuno più bravo in chimica.
In una soluzione non satura, ad esempio, tutti i soluti presenti in un solvente costituiscono, con il solvente stesso, un'unica fase soluzione.
Un colloide non è una soluzione. La nebbia (gas +liquido) è un colloide. In pratica si può ritenere lo stato colloidale come una condizione intermedia tra le soluzioni e le sospensioni. Probabilmente la tua pappetta di fango è più una sospensione che un colloide; credo dipenda dalla dimensione delle particelle.
Qui però mi fermo, perchè servirebbe qualcuno più bravo in chimica.
soluzione non satura, colloide, sospensione... qui le cose si complicano! 
Qualcuno mi aiuta a fare luce su queste differenze? Possibilmente facendo solo riferimento a grandezze macroscopiche come si usa fare in termodinamica classica
Ps grazie mille Piero
Qualcuno mi aiuta a fare luce su queste differenze? Possibilmente facendo solo riferimento a grandezze macroscopiche come si usa fare in termodinamica classicaPs grazie mille Piero
"piero_":
Un colloide non è una soluzione. La nebbia (gas +liquido) è un colloide. In pratica si può ritenere lo stato colloidale come una condizione intermedia tra le soluzioni e le sospensioni. Probabilmente la tua pappetta di fango è più una sospensione che un colloide; credo dipenda dalla dimensione delle particelle.
Qui però mi fermo, perchè servirebbe qualcuno più bravo in chimica.
Sembrerebbe proprio così Piero click
quindi mi sembra di capire che tutto dipende dalle dimensioni delle particelle di marmo (vedi tabella nel link di gio73 https://it.wikipedia.org/wiki/Colloide):
se frantumo fino a ridurre le particelle a dimensioni $<10^-9 m$ ho una soluzione omogenea, quindi per definizione monofasica. Altrimenti ottengo un colloide o una soluzione eterogenea, in entrambi i casi la miscela è bifasica.
Questa classificazione però mi suscita un' obiezione:
la definizione di fase non dipende dalla dimensione (arbitraria) del volumetto termodinamico che utilizza l'osservatore per descrivere il sistema? Mi spiego: se il volumetto ha dimensione $10^-4 m$ anche una miscela con particelle di dimensioni $10^-7$ è ragionevolmente omogenea, quini monofasica, no?
Altra curiosità: con il passare del tempo, per azione della gravità, le particelle si depositano o rimangono mescolate?
se frantumo fino a ridurre le particelle a dimensioni $<10^-9 m$ ho una soluzione omogenea, quindi per definizione monofasica. Altrimenti ottengo un colloide o una soluzione eterogenea, in entrambi i casi la miscela è bifasica.
Questa classificazione però mi suscita un' obiezione:
la definizione di fase non dipende dalla dimensione (arbitraria) del volumetto termodinamico che utilizza l'osservatore per descrivere il sistema? Mi spiego: se il volumetto ha dimensione $10^-4 m$ anche una miscela con particelle di dimensioni $10^-7$ è ragionevolmente omogenea, quini monofasica, no?
Altra curiosità: con il passare del tempo, per azione della gravità, le particelle si depositano o rimangono mescolate?
"ralf86":
quindi mi sembra di capire che tutto dipende dalle dimensioni delle particelle di marmo
se frantumo fino a ridurre le particelle a dimensioni $<10^-9 m$ ho una soluzione omogenea, quindi per definizione monofasica.
Ho l'impressione che se frantumi le particelle fino a quella dimensione di marmo non ne hai più...
Sono andata a cercare il raggio ionico del calcio su wiki e ho trovato 0.99 Angstrom ($1Angstrom=10^(-10)m$), ti trovi?
"ralf86":
la definizione di fase non dipende dalla dimensione (arbitraria) del volumetto termodinamico che utilizza l'osservatore per descrivere il sistema? Mi spiego: se il volumetto ha dimensione $10^-4 m$ anche una miscela con particelle di dimensioni $10^-7$ è ragionevolmente omogenea, quini monofasica, no?
Non so se ho capito la domanda... ma se ho particelle che sono ancora abbastanza grandi da poter essere considerate frammenti di un solido ionico come il marmo, allora le fasi sono 2, o sbaglio?
"ralf86":
Altra curiosità: con il passare del tempo, per azione della gravità, le particelle si depositano o rimangono mescolate?
Rispondo con un esempio: un fiume in piena solleva grandi quantità di sedimenti, il fiume è costituito da una soluzione acquosa di moltissimi minerali che sono stati lisciviati dalle rocce attraversate, poi c'è una sospensione di particelle più o meno fini (argille, limi...), infine i frammenti più grossolani vengono rotolati sul fondo. Quando la piena si calma i sedimenti cominciano a precipitare, prima i più pesanti, poi via via le frazioni più fini. Gli elementi che si trovano in soluzione però non precipitano sotto l'effetto della gravità, per separare i componenti di una soluzione è necessario un passaggio di stato: le acque marine, ricche di sali, intrappolate sugli scogli più alti evaporano sotto l'effetto del vento e dei raggi solari ma solo l'acqua passa allo stato gassoso mentre i sali si depositano nelle cavità degli scogli formando una patina biancastra.
1 -
se frantumo fino ad avere particelle di dimensioni $5*10^-10m$ (che è $<10^-9m$ quindi sono nei colloidi) ogni particella contiene grossolanamente $5^3=125$ molecole di marmo (carbonato di calcio)
2 -
Provo a spiegarmi, correggetemi se sbaglio perchè non sono un esperto in materia.
Una generica porzione di materia si definisce monofasica se ogni suo punto ha le stesse proprietà fisiche. Bifasica se al variare del punto trovo 2 "set" diversi di proprità fisiche, trifasica 3 "set" diversi, e così via.
La definizione sembra inequivocabile e precisa, in realtà (penso io) richiede di specificare cosa si intende per punto.
Chiaramente non è il punto geometrico adimensionale, perchè altrimenti ogni porzione di materia sarebbe composta da molte fasi, basta pensare alla densità nei pressi di un protone o quella tra due nuclei.
Per punto si intende il "volumetto termodinamico": volume abbastanza grande da contenere un numero statisticamente rilevante di molecole/atomi e allo stesso tempo sufficientemente piccolo per le esigenze del problema.
Ora torniamo al fango:
consideriamo particelle di $10^(−7) m$ e due tipi di volumetto.
- Volumetti delle stesse dimensioni delle particelle. Il volumetto contiene moltissime molecole quindi rispetta i suoi requisiti di dimensione minima. D'altra parte a seconda di dove prendo il volumetto nel fango potrò avere un volumetto d'acqua o di marmo, quindi direi che il fango è bifasico.
- Volumetti 1000 volte più grandi delle particelle. Ogni volumetto conterrebbe al suo interno molte particelle di marmo e molecole d'acqua e tutti i volumetti sono praticamente identici, quindi direi che il fango è monofasico.
Insomma, il fango è sia monofasico che bifasico a seconda dei punti di vista.
3 -
esempio molto bello e vivo, questa sì che è fisica!
PS riconosco che la fanghiglia presa ad esempio ha delle caratteristiche estetiche molto discutibili se volete si cambia, è solo per riferirsi a qualcosa di concreto e poi generalizzare insieme.
"gio73_":
Ho l'impressione che se frantumi le particelle fino a quella dimensione di marmo non ne hai più...
se frantumo fino ad avere particelle di dimensioni $5*10^-10m$ (che è $<10^-9m$ quindi sono nei colloidi) ogni particella contiene grossolanamente $5^3=125$ molecole di marmo (carbonato di calcio)
2 -
"gio73_":
ma se ho particelle che sono ancora abbastanza grandi da poter essere considerate frammenti di un solido ionico come il marmo, allora le fasi sono 2, o sbaglio?
Provo a spiegarmi, correggetemi se sbaglio perchè non sono un esperto in materia.
Una generica porzione di materia si definisce monofasica se ogni suo punto ha le stesse proprietà fisiche. Bifasica se al variare del punto trovo 2 "set" diversi di proprità fisiche, trifasica 3 "set" diversi, e così via.
La definizione sembra inequivocabile e precisa, in realtà (penso io) richiede di specificare cosa si intende per punto.
Chiaramente non è il punto geometrico adimensionale, perchè altrimenti ogni porzione di materia sarebbe composta da molte fasi, basta pensare alla densità nei pressi di un protone o quella tra due nuclei.
Per punto si intende il "volumetto termodinamico": volume abbastanza grande da contenere un numero statisticamente rilevante di molecole/atomi e allo stesso tempo sufficientemente piccolo per le esigenze del problema.
Ora torniamo al fango:
consideriamo particelle di $10^(−7) m$ e due tipi di volumetto.
- Volumetti delle stesse dimensioni delle particelle. Il volumetto contiene moltissime molecole quindi rispetta i suoi requisiti di dimensione minima. D'altra parte a seconda di dove prendo il volumetto nel fango potrò avere un volumetto d'acqua o di marmo, quindi direi che il fango è bifasico.
- Volumetti 1000 volte più grandi delle particelle. Ogni volumetto conterrebbe al suo interno molte particelle di marmo e molecole d'acqua e tutti i volumetti sono praticamente identici, quindi direi che il fango è monofasico.
Insomma, il fango è sia monofasico che bifasico a seconda dei punti di vista.
3 -
"gio73_":
Rispondo con un esempio: un fiume in piena solleva grandi quantità di sedimenti, il fiume è costituito da una soluzione acquosa di moltissimi minerali che sono stati lisciviati dalle rocce attraversate, poi c'è una sospensione di particelle più o meno fini (argille, limi...), infine i frammenti più grossolani vengono rotolati sul fondo. Quando la piena si calma i sedimenti cominciano a precipitare, prima i più pesanti, poi via via le frazioni più fini. Gli elementi che si trovano in soluzione però non precipitano sotto l'effetto della gravità, per separare i componenti di una soluzione è necessario un passaggio di stato: le acque marine, ricche di sali, intrappolate sugli scogli più alti evaporano sotto l'effetto del vento e dei raggi solari ma solo l'acqua passa allo stato gassoso mentre i sali si depositano nelle cavità degli scogli formando una patina biancastra.
esempio molto bello e vivo, questa sì che è fisica!
PS riconosco che la fanghiglia presa ad esempio ha delle caratteristiche estetiche molto discutibili
se volete si cambia, è solo per riferirsi a qualcosa di concreto e poi generalizzare insieme.
Ciao Ralf86, mi fa piacere che il mio esempio ti sia piaciuto!
se frantumo fino ad avere particelle di dimensioni $5*10^-10m$ (che è $<10^-9m$ quindi sono nei colloidi) ogni particella contiene grossolanamente $5^3=125$ molecole di marmo (carbonato di calcio) .[/quote]
Non sono d'accordo
Riprendo la tabella di wiki
Un colloide (o sistema colloidale) è una particolare miscela in cui una sostanza si trova in uno stato finemente disperso, intermedio tra la soluzione omogenea e, la dispersione eterogenea. Questo stato "microeterogeneo" consiste quindi di due fasi: una fase costituita da una sostanza di dimensioni microscopiche (diametro da 1 nm a 1 μm[1]) e una fase continua disperdente.
Dimensione particella
$< 10^(-9) m $ Soluzione omogenea
$10^(-9) - 10^(-6) m $ Colloide
$> 10^(-6)m $ Soluzione eterogenea
molecole di marmo
In relazione al marmo è improprio parlare di molecole, abbiamo un reticolo cristallino di Carbonato di calcio $CaCO_3$ che può dare origine a due minerali differenti (calcite o aragonite) a seconda di come si dispongono gli ioni nello spazio.
Mi fai vedere come hai fatto a trovare che in una particella il cui diametro massimo è $5*10^(-10)m$ ci sono $125$ molecole di marmo?
A me piace un sacco la fanghiglia calcarea: dà origine ad un tipo di roccia sedimentaria, il mudstone, decisamente bella.
"ralf86":
1 - [quote="gio73_"]Ho l'impressione che se frantumi le particelle fino a quella dimensione di marmo non ne hai più...
se frantumo fino ad avere particelle di dimensioni $5*10^-10m$ (che è $<10^-9m$ quindi sono nei colloidi) ogni particella contiene grossolanamente $5^3=125$ molecole di marmo (carbonato di calcio) .[/quote]
Non sono d'accordo
Riprendo la tabella di wiki
Un colloide (o sistema colloidale) è una particolare miscela in cui una sostanza si trova in uno stato finemente disperso, intermedio tra la soluzione omogenea e, la dispersione eterogenea. Questo stato "microeterogeneo" consiste quindi di due fasi: una fase costituita da una sostanza di dimensioni microscopiche (diametro da 1 nm a 1 μm[1]) e una fase continua disperdente.
Dimensione particella
$< 10^(-9) m $ Soluzione omogenea
$10^(-9) - 10^(-6) m $ Colloide
$> 10^(-6)m $ Soluzione eterogenea
molecole di marmo
In relazione al marmo è improprio parlare di molecole, abbiamo un reticolo cristallino di Carbonato di calcio $CaCO_3$ che può dare origine a due minerali differenti (calcite o aragonite) a seconda di come si dispongono gli ioni nello spazio.
Mi fai vedere come hai fatto a trovare che in una particella il cui diametro massimo è $5*10^(-10)m$ ci sono $125$ molecole di marmo?
"ralf86":
PS riconosco che la fanghiglia presa ad esempio ha delle caratteristiche estetiche molto discutibili
A me piace un sacco la fanghiglia calcarea: dà origine ad un tipo di roccia sedimentaria, il mudstone, decisamente bella.
"gio73":
In relazione al marmo è improprio parlare di molecole, abbiamo un reticolo cristallino di Carbonato di calcio
ok, corretto. Ma il reticolo cristallino non è comunque formato da molecole? Basta intenderci
"gio73":
Mi fai vedere come hai fatto a trovare che in una particella il cui diametro massimo è $5⋅10−10m$ ci sono $125$ molecole di marmo?
calcolo grossolano:
considero le molecole e le particelle di forma cubica, con lato rispettivamente di $10^-10m$ e $5*10^-10m$
definisco:
$n$: numero di molecole per particella
$V_m$: volume molecola
$V_p$: volume particella
da considerazioni geometriche:
$n*V_m=V_p$
da cui $n=V_p/V_m=(5*10^-10m)^3/(10^-10m)^3=125$
calcolo più preciso
$\rho=2930 (Kg)/m^3$ densità marmo
$N_a=6.022*10^23 (text{molecole})/ (text{mole}) $ numero di Avogadro
$M_0=100 g/text{mole}$ massa molare del Carbonato di calcio
$n=\rho*N_a*V_p/M_0~=2$
evidentemente la molecola di Carbonato di Calcio ha dimensioni maggiori di quelle ipotizzate, circa $4* 10^-10 m$
"gio73":
Non sono d'accordo
Hai ragione, se le particelle sono di $5*10^-10m$ secondo la tabella siamo nell'ambito delle soluzioni omogenee. Ma non cambia la sostanza della risposta e cioè che le dimensioni non sono submolecolari, quindi sempre di marmo si tratta.
Riguardo al discorso del volumetto? Sei d'accordo con me gio?
E' questa la questione che mi preme di più chiarire e che ha a che fare con la definizione stessa di fase (vedi titolo)
Lo riporto:
E' questa la questione che mi preme di più chiarire e che ha a che fare con la definizione stessa di fase (vedi titolo)
Lo riporto:
"ralf 86":
Una generica porzione di materia si definisce monofasica se ogni suo punto ha le stesse proprietà fisiche. Bifasica se al variare del punto trovo 2 "set" diversi di proprità fisiche, trifasica 3 "set" diversi, e così via.
La definizione sembra inequivocabile e precisa, in realtà (penso io) richiede di specificare cosa si intende per punto.
Chiaramente non è il punto geometrico adimensionale, perchè altrimenti ogni porzione di materia sarebbe composta da molte fasi, basta pensare alla densità nei pressi di un protone o quella tra due nuclei.
Per punto si intende il "volumetto termodinamico": volume abbastanza grande da contenere un numero statisticamente rilevante di molecole/atomi e allo stesso tempo sufficientemente piccolo per le esigenze del problema.
Ora torniamo al fango:
consideriamo particelle di 10−7m e due tipi di volumetto.
- Volumetti delle stesse dimensioni delle particelle. Il volumetto contiene moltissime molecole quindi rispetta i suoi requisiti di dimensione minima. D'altra parte a seconda di dove prendo il volumetto nel fango potrò avere un volumetto d'acqua o di marmo, quindi direi che il fango è bifasico.
- Volumetti 1000 volte più grandi delle particelle. Ogni volumetto conterrebbe al suo interno molte particelle di marmo e molecole d'acqua e tutti i volumetti sono praticamente identici, quindi direi che il fango è monofasico.
Insomma, il fango è sia monofasico che bifasico a seconda dei punti di vista.
up
Ciao Ralf,
ammetto di essermi dimenticata di te, scusami.
La mia formazione è vecchia e sbiadita, di conseguenza ti dovrai accontentare di dubbi e non di risposte definitive ( e chi ce le ha?).
Riguado ai cristalli si parla di cella elementare, non di molecole anche se in alcuni testi si legge molecola $SiO_2$ per il quarzo. I cristalli sono formati da tante celle elementari.
Riguardo il concetto di fase: io pensavo che esistessero la fase liquida, quella solida e quella gassosa. Credo si possano aggiungere anche altre come il plasma solare, i colloidi (di cui stiamo parlando)... tu che mi dici?
ammetto di essermi dimenticata di te, scusami.
La mia formazione è vecchia e sbiadita, di conseguenza ti dovrai accontentare di dubbi e non di risposte definitive ( e chi ce le ha?).
Riguado ai cristalli si parla di cella elementare, non di molecole anche se in alcuni testi si legge molecola $SiO_2$ per il quarzo. I cristalli sono formati da tante celle elementari.
Riguardo il concetto di fase: io pensavo che esistessero la fase liquida, quella solida e quella gassosa. Credo si possano aggiungere anche altre come il plasma solare, i colloidi (di cui stiamo parlando)... tu che mi dici?
Solido, liquido, gas e plasma sono sicuramente fasi diverse. Ma non sono le uniche. Ad essere più precisi bisognerebbe parlare in questi casi di stati di aggregazione.
Ad esempio l'acciaio solido può presentarsi in fasi diverse (ferro-alfa, ferro-gamma) a seconda della temperatura e della percentuale in massa di Carbonio. queste due fasi hanno una diversa disposizione degli atomi di ferro, quindi propiretà fisiche diverse. Quindi ferro-alfa e ferro-gamma sono due fasi diverse dell'acciaio che si trovano nello stesso stato di aggregazione (solido).
Qualche esperto può darmi qualche dritta sulla definizione corretta e generale di fase?
Ad esempio l'acciaio solido può presentarsi in fasi diverse (ferro-alfa, ferro-gamma) a seconda della temperatura e della percentuale in massa di Carbonio. queste due fasi hanno una diversa disposizione degli atomi di ferro, quindi propiretà fisiche diverse. Quindi ferro-alfa e ferro-gamma sono due fasi diverse dell'acciaio che si trovano nello stesso stato di aggregazione (solido).
Qualche esperto può darmi qualche dritta sulla definizione corretta e generale di fase?
Credo che la definizione di fase che ho in testa non sia corretta, perchè porta ad un assurdo per la regola di Gibbs.
Mi spiego:
Regola di Gibbs: V=C-F+2. se il numero di componenti (C) è fisso, variando le dimensioni del "volumetto esploratore" (quindi solo cambiando il punto di vista e mantenendo inalterato il sistema termodinamico) potrei variare F, quindi V. Insomma,
mi sembra assurdo che variando solo il punto di vista cambi la varianza
Qualcuno saprebbe aiutarmi?
Mi spiego:
Regola di Gibbs: V=C-F+2. se il numero di componenti (C) è fisso, variando le dimensioni del "volumetto esploratore" (quindi solo cambiando il punto di vista e mantenendo inalterato il sistema termodinamico) potrei variare F, quindi V. Insomma,
mi sembra assurdo che variando solo il punto di vista cambi la varianza
Qualcuno saprebbe aiutarmi?
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