Chimica fisica

3.5

Chimica delle soluzioni

Lo studio delle soluzioni concerne le proprietà di una sostanza, detta soluto, disciolta in un’altra, detta solvente. In particolare viene valutata la solubilità delle sostanze in funzione della temperatura e della natura chimica di soluto e solvente. Attenzione viene pure dedicata alla determinazione della conducibilità elettrica e delle proprietà colligative (punto di ebollizione, punto di congelamento, tensione di vapore e pressione osmotica) delle soluzioni di elettroliti, ossia di quelle sostanze che si dissociano in ioni quando vengono sciolte in un solvente polare, quale ad esempio l’acqua.

3.6

Chimica dello stato solido

Studiare lo stato solido significa indagare, su scala sia atomica sia molecolare, la struttura interna dei solidi e le sue relazioni con le proprietà macroscopiche. A questo scopo, la chimica dei solidi fa grande uso dell’analisi matematica dei modelli di diffrazione, prodotti inviando un fascio di raggi X su un cristallo. Il metodo fornisce informazioni sulle caratteristiche del reticolo cristallino, sul numero di atomi, sulla loro disposizione e sulla simmetria; inoltre è possibile conoscere altre proprietà del solido, quali ad esempio le forze di coesione interne, la capacità calorifica, la temperatura di fusione e le proprietà ottiche.

3.7

Elettrochimica

L’elettrochimica si occupa di studiare gli effetti chimici prodotti dal flusso di corrente elettrica nelle soluzioni elettrolitiche e, viceversa, degli effetti elettrici determinati dallo spostamento o dal trasporto di ioni all’interno di gas, liquidi o solidi. La misura della conducibilità elettrica dei liquidi fornisce numerose informazioni sugli equilibri di ionizzazione e sulle proprietà degli ioni. Nei solidi, questa stessa misurazione permette di determinare lo stato degli elettroni nei reticoli cristallini, e di confrontarlo con quello in isolanti, semiconduttori e conduttori metallici. Inoltre la misura, nel corso di una reazione, del voltaggio (potenziale elettrico) che si sviluppa agli elettrodi permette di conoscere la concentrazione delle diverse specie ioniche e l’intensità delle forze di reazione che determinano la perdita o il guadagno di elettroni da parte dei vari reagenti. Vedi Elettricità.

3.8

Chimica dei colloidi

Nelle soluzioni colloidali il soluto si trova disperso in particelle uni o plurimolecolari, di dimensioni variabili tra uno e duecento millimicron: queste particelle, diversamente da quanto accade nelle sospensioni, non sono visibili al microscopio ottico, e inoltre, contrariamente a quanto accade per le soluzioni vere, non diffondono attraverso le membrane di pergamena. Questo ramo della chimica fisica dunque studia principalmente la natura e gli effetti delle superfici e delle interfacce sulle proprietà macroscopiche dei composti. Le grandezze di maggiore interesse sono la tensione superficiale (la tensione che esiste in un piano di contatto fra un liquido e un solido, o fra due liquidi), la distribuzione del liquido su un solido, l’assorbimento dei gas e degli ioni in soluzione su superfici solide, il moto browniano di particelle in sospensione, l’emulsione e la coagulazione.

3.9

Spettroscopia

Nell’ambito della chimica fisica, la spettroscopia si occupa dell’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia. In particolare vengono studiati sia gli effetti prodotti dall’assorbimento di radiazione da parte delle sostanze, sia l’emissione di radiazione da parte delle sostanze stesse, dopo che è stata loro opportunamente fornita una determinata quantità di energia. Ad esempio, quando i raggi X incidono sulla superficie di una qualsiasi sostanza, provocano l’emissione di elettroni, la cui energia, misurata opportunamente, fornisce informazioni sulla posizione occupata all’interno di atomi, o ioni o molecole di provenienza. Allo stesso modo, lo studio dell’assorbimento della radiazione ultravioletta e della luce visibile fornisce informazioni sulla valenza, ovvero sugli elettroni di legame; l’assorbimento della radiazione infrarossa è utile per lo studio dei moti vibrazionali e delle forze di legame all’interno delle molecole; l’assorbimento di microonde permette di comprendere la natura dei moti rotazionali delle molecole e quindi la loro esatta geometria (distanza intramolecolare).