I.1. Noțiuni termodinamice de bază.

În clasele anterioare ați studiat o serie de fenomene termice suferite de corpuri la schimbarea temperaturii acestora : difuzia, încălzirea/răcirea, dilatarea/contractarea, topirea/solidificarea, vaporizarea/condensarea etc.

Fenomenele termice pot fi explicate cunoscând faptul că substanțele sunt formate din particule (atomi sau molecule).

Agitația termică este mişcarea dezordonată şi continuă a particulelor unei substanţe (atomi sau molecule).

Creșterea temperaturii conduce la o creștere a vitezei de mișcare a moleculelor și de aceea a căpătat numele de agitație termică.

De la microcosmos (particulele cele mai mici ale substanțelor) până la macrocosmos (mișcarea galaxiilor din Univers), totul este într-o continuă mișcare. Dacă această mișcare ar înceta, ar însemna moartea întregului Univers.

Difuzia este fenomenul de pătrundere a moleculelor unei substanțe printre moleculele altei substanțe, fără intervenţia unei forţe exterioare (de la sine).

🔦 Observație

Difuzia este o dovadă a agitației termice. Răspândirea mirosului de parfum sau de acetonă într-o cameră când se scoate dopul sticluţei, se explică tot prin difuzia moleculelor.

Atomul este cea mai mică particulă dintr-o substanță care nu mai poate fi divizată prin procedee chimice obișnuite.

Molecula reprezintă cea mai mică particulă dintr-o substanță, care poate exista și în stare liberă și care păstrează proprietățile substanței din care provine.

Molecula fiind formată din atomi, are dimensiuni foarte mici și masă foarte mică.

Masa moleculară este o mărime adimensională (fără unitate de măsură) care ne arată de câte ori este mai mare masa reală a unei molecule decât unitatea atomică de masă (u.a.m.).

🔦 Observație

Masa moleculară se calculează însumând masele atomice relative ale tuturor atomilor moleculei.

Unitatea atomică de masă (u.a.m.) reprezintă a 12-a parte din masa izotopului de carbon,

Masa atomică relativă (A) este numărul care arată de câte ori masa unui atom este mai mare decât unitatea atomică de masă.

Un mol de atomi reprezintă cantitatea, în grame, dintr-o substanţă simplă care conţine 6,022 ∙ 10²³ de atomi. Se notează cu litera grecească ”niu”= υ.

Un mol de atomi reprezintă o cantitate, în grame, dintr-un element, egală ca valoare numerică cu masa atomică a elementului chimic.

Numărul lui Avogadro, notat cu N_A, este egal cu 6,022 ∙10²³ mol^-1 atomi şi reprezintă numărul de atomi conţinuţi într-un mol de atomi din orice substanță simplă.

Masa molară (notată cu litera grecească miu = μ) este masa unui mol de substanță. Are ca unitate de măsură g/mol.

Masa molară este egală cu masa moleculară a substanței și conține N_A particule (numărul lui Avogadro = 6,022 ∙ 10²³ particule – atomi sau molecule) .

Exemplu

Masa molară a fosfatului de magneziu: Mg₃(PO₄)₂ :

μ = 3 ∙ A_Mg + 2 ∙ A_P + 8 ∙ A_O = 3 ∙ 24 + 2 ∙ 31 + 8 ∙ 16 = 72 + 62 + 128 = 262 g/mol

Molul este unitatea de măsură în Sistemul Internațional a cantității de substanță care conține un număr de particule egal cu numărul lui Avogadro, N_A.

N_A = 6,022 ∙10²³ mol^-1

Numărul de moli se notează cu litera grecească „niu” (υ) și se calculează cu relația :

Un mol din orice gaz ocupă în condiții normale de temperatură (273 K) și presiune (10⁵ Pa) un volum, numit volum molar = V_μ = 22,4 L/mol

În acest caz numărul de moli se va calcula cu formula:

Relația între volumul molar și densitatea unei substanțe este:

Numărul volumic (n) reprezintă numărul de particule (atomi sau molecule) dintr-un m³ de substanță :

[n]_SI = m^-3

Legea lui Avogadro:

🔦 Observație

Când avem un amestec de două substanțe diferite, o serie de mărimi fizice sunt aditive (se pot însuma):

• Numărul de particule: N = N₁ + N₂

• Masele substanțelor: m = m₁ + m₂

• Numărul de moli: ν = ν₁ + ν₂

• Volumele: V = V₁ + V₂

În schimb, alte mărimi nu sunt aditive:

• Masele molare : μ ≠ μ₁ + μ₂

• Temperaturile: T ≠ T₁ + T₂

• Presiunile: p ≠ p₁ + p₂

Pentru a calcula masa molară medie (μ) a amestecului se pleacă de la cantitatea de substanță din amestec, care reprezintă suma cantităților de substanță ale componentelor (este aditivă).