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Salvatore Spagna Musso » 3.Legge di Clausius-Clapeyron. Il diagramma di stato. Applicazioni in campo alimentare


I cambiamenti di stato

Il cambiamento di stato è il fenomeno per cui un sistema passa da uno stato di aggregazione ad un altro.
Ogni cambiamento di stato è associato ad una quantità di calore che può essere ceduta o assorbita dal sistema a seconda della transizione in atto.

Curva di riscaldamento di una sostanza pura.

Curva di riscaldamento di una sostanza pura.

I cambiamenti di stato dell’acqua.

I cambiamenti di stato dell'acqua.


Il diagramma di stato

Il numero e la natura delle fasi in cui una sostanza si trova, in condizioni di equilibrio ed in funzione della pressione e della temperatura, è rilevabile dal suo diagramma di stato.

Diagramma di stato di una sostanza pura.

Diagramma di stato di una sostanza pura.

Diagramma di stato con indicazione della zona critica. Immagine da Wikipedia

Diagramma di stato con indicazione della zona critica. Immagine da Wikipedia


La legge di Clausius-Clapeyron

La legge di Clausius-Clapeyron fornisce una relazione tra la pressione e la temperatura di transizione alle quali si verifica l’equilibrio tra due stati fisici di una stessa sostanza.

L’equazione di Clausius-Clapeyron.

L'equazione di Clausius-Clapeyron.

Soluzione per una transizione liquido/vapore.

Soluzione per una transizione liquido/vapore.


Il diagramma di stato dell’acqua

Il diagramma di stato dell’acqua presenta una caratteristica quasi unica: la curva di separazione della fase liquida dalla solida ha pendenza negativa per cui, contrariamente a quanto avviene di solito, la temperatura di congelamento diminuisce all’aumentare della pressione.

Il diagramma di stato dell’acqua.

Il diagramma di stato dell'acqua.


La regola delle fasi

Il grado di libertà, o varianza, di un sistema in equilibrio è, secondo la regola di Gibbs, uguale alla differenza tra il numero dei componenti indipendenti e quello delle fasi aumentato di due.

La regola delle fasi di Gibbs.

La regola delle fasi di Gibbs.


Il diagramma di stato di soluzioni

La presenza in soluzione acquosa di un soluto poco volatile abbassa la tensione di vapore dell’acqua per cui il diagramma di stato subisce delle modifiche più o meno vistose in funzione della concentrazione del soluto.

Diagramma di stato di una soluzione acquosa.

Diagramma di stato di una soluzione acquosa.


Le proprietà colligative

La presenza di un soluto influenza alcune proprietà caratteristiche del solvente in misura strettamente legata alla sua concentrazione ma indipendentemente dalla sua natura: per questo motivo queste proprietà sono definite colligative.

Le proprietà colligative.

Le proprietà colligative.


Applicazioni in campo alimentare

L’equazione di Clausius-Clapeyron trova vastissima applicazione in campo alimentare in quanto la tecnologia ricorre ai cambiamenti di stato sia per la realizzazione di alcune fasi dei processi produttivi sia per il diretto ottenimento del prodotto finito.

Applicazioni dell’equazione di Clausius-Clapeyron in campo alimentare.

Applicazioni dell'equazione di Clausius-Clapeyron in campo alimentare.


I materiali di supporto della lezione

Atkins P., Jones L. – Principi di chimica – Zanichelli, Bologna, 2002

Capella P., Fedeli E., Bonaga G., Lercker G. – Manuale degli oli e dei grassi – Tecniche Nuove, Milano, 1997

Mc Cabe W.l., Smith J.C., Harriott P. – Unit operations of chemical engineering – Mc Graw-Hill, New York (USA), 1993

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