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Stati daggregazione della materia GASSOSO Forma e volume del recipiente in cui è contenuto SOLIDO Forma e volume propri LIQUIDO Forma del recipiente in.

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Presentazione sul tema: "Stati daggregazione della materia GASSOSO Forma e volume del recipiente in cui è contenuto SOLIDO Forma e volume propri LIQUIDO Forma del recipiente in."— Transcript della presentazione:

1 Stati daggregazione della materia GASSOSO Forma e volume del recipiente in cui è contenuto SOLIDO Forma e volume propri LIQUIDO Forma del recipiente in cui è contenuto, ma volume proprio

2 PROPRIETA DEI GAS Possono essere compressi facilmente Esercitano una pressione sul recipiente Occupano tutto il volume disponibile Non hanno forma propria nè volume proprio Tutti i gas hanno basse densità aria g/ml acqua1.00 g/ml ferro7.9 g/ml

3 Caratteristiche dello stato gassoso Gli Esperimenti mostrano che il comportamento fisico dipende da 4 variabili – Pressione (P) – Volume (V) – Temperatura (T) – Numero di particelle (n)

4 PRESSIONE La pressione si definisce come la forza esercitata per unità di superficie Componente normale di una forza (F) agente sullunità di superficie (A): Unità di misura : [N/m 2 ] = Pa Pascal P= F/A F A La pressione esercitata da solidi e liquidi è una grandezza unidirezionale La pressione esercitata dai gas non è unidirezionale

5 Misura della Pressione Il Barometro di Torricelli A 0°C e a livello del mare P atm = 1 atm = 1.013·10 5 Pa P atm = 1 atm = 760 mmHg (torr) P atm = 1 atm = 760 mmHg (torr) La pressione atmosferica viene bilanciata dalla pressione idrostatica esercitata da una colonna di mercurio di altezza 760 mm

6 Unità di misura della pressione di uso comune Unità ammessa tra quelle fuori SI; chimica; fisica; metereologia 1,01325bar Unità ammessa tra quelle fuori SI; chimica;medicina; biologia 760 mmHg Millimetro di mercurio (mmHg) usata in chimica 1 atmAtmosfera (atm) Unità SI;fisica; chimica 1,01325x10 -5 PaPascal (Pa) Campo scientifico Pressione atmosferica Unità

7 Temperatura Definizione Operativa: Grandezza fisica misurabile sfruttando una proprietà sensibile alle sue variazioni. Dilatazione Termica Strumenti di Misura della Temperatura: I Termometri Termometro a Mercurio La dilatazione del mercurio contenuto in un capillare di vetro a sezione costante determina un sensibile incremento dellaltezza della colonnina di mercurio che insistendo su di una scala opportunamente calibrata consente la determinazione della temperatura

8 Le scale termometriche Celsius (era un fisico svedese ) (o centigrada) 0°C: temperatura del ghiaccio fondente in equilibrio con acqua a pressione atmosferica 100°C: ebollizione dellacqua. Lintervallo tra questi due punti è diviso in 100 parti uguali Kelvin (era un fisico inglese) o assoluta: lampiezza del Kelvin è uguale allampiezza del grado Celsius T(K) = T(°C)

9 Le scale termometriche

10 Leggi empiriche dei gas Le proprietà dei gas dipendono in maniera semplice da P T V e n. Quando due di queste grandezze sono costanti esiste una relazione semplice fra le altre due. Tali relazioni furono scoperte tra la metà del 1600 e del 1800 e sono note come leggi empiriche dei gas Legge di Boyle Legge di Charles e Gay-Lussac Legge di Avogadro

11 Legge di Boyle Leggi empiriche dei gas A temperatura costante P e V sono inversamente proporzionali V(L) P(atm) PV , ,25 4 1

12 Legge di Boyle:Legge Isoterma,Relazione Pressione-Volume P 1/V con T,n = cost PV = costante

13 (°C) (K) 1,0 2,0 3,0 Temperatura Volume (L) n = 0,04 mol P = 1 atm n = 0,02 mol P = 1 atm n = 0,04 mol P = 4 atm A pressione costante il volume di una quantità fissa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta n, P fissate Legge di Charles: Legge Isobara, Relazione V-T

14 Legge di Charles.A pressione sufficientemente bassa per qualsiasi gas le rette si intersecano tutte in un unico punto sullasse delle ascisse. Questo punto -273,15°C Ciò implica che per t=-273,15°C V=0. Questo però non è in realtà possibile perché i gas liquefano prima. Lord Kelvin propose di usare questo valore come zero di una scala assoluta di temperature: la scala Kelvin. 0 Kelvin (0 K) è la temperatura alla quale il volume di un gas ideale è nullo, T ( K) = T (°C) La Scala Kelvin

15 Legge combinata dei gas Legge di Boyle P 1 V 1 = P 2 V 2 con T,n = cost V 1 /T 1 = V 2 /T 2 con P,n = cost Legge di Charles Queste possono essere combinate per dare V T/P con n = cost oppure T1T1 P1V1P1V1 T2T2 P2V2P2V2

16 Il volume di una mole di gas è chiamato volume molare V m e a 0°C ed 1 atm di pressione vale 22,414 L/mol (dipende quindi da T e P ma non dalla natura del gas) Volumi uguali di gas differenti, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole Principio di Avogadro n1n1 V1V1 n2n2 V2V2 =

17 Condizioni Normali o Standard di Temperatura e Pressione (TPS) –Temperatura: 0°C = K –Pressione: 1 atm –Il volume molare di un gas V m = L V m non dipende dalla natura del gas (legge di Avogadro)

18 Equazione di Stato dei Gas Ideali Riassumiamo –V 1/P; legge di Boyle –V T; legge di Charles – Gay Lussac –V n; legge di Avogadro Possiamo combinare queste relazioni ed ottenere una unica legge: V nT/P pV = nRT P atm V l n mol T K T(K)=T(°C) R atm l mol -1 K -1

19 R = J / (mol K) = J mol -1 K -1 R = L atm mol -1 K -1 La Costante dei Gas R

20 Applicazioni della legge dei gas ideali Note tre delle quantità P, V T, n si calcola la quarta usando la formula PV=n R T Problema: Quanti grammi di O 2 ci sono in una bombola di 50,0 L a 21°C se la pressione è 15,7 atm? P= 15,7 atm V= 50,0 L T= = 294 K n = ? massa O 2 = 32,5 mol 32,0 g/mol = 1, g

21 Densità dei gas Quindi Per un gas ideale PV=n R T dove Abbiamo già visto che la densità è definita come E si ottiene

22 - Questa equazione permette di calcolare d ad una certa T e P per una sostanza con massa molare nota - Essa permette anche di determinare il peso molecolare di una sostanza di cui sia nota la densità a T e P date

23 Miscele di gas ideali pressione parziale p i In una miscela gassosa ogni componente si espande fino a riempire il contenitore ed esercita la stessa pressione, detta pressione parziale p i, che eserciterebbe se fosse da solo nel contenitore. La pressione totale di una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali La pressione totale di una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli componenti la miscela: P TOT = P A + P B + P C + … La legge di Dalton delle pressioni parziali

24 Le singole pressioni parziali seguono la legge dei gas ideali: La pressione totale P può essere scritta: numero totale di moli= n Le leggi dei gas possono essere applicate anche a miscele di gas diversi che non reagiscano e che siano ideali

25 Si noti che a T e V fissati frazione molare del componente A X A 100 è la percentuale molare Composizione di una miscela gassosa

26 Nota la pressione totale e la composizione di una miscela di gas le pressioni parziali sono da cui La somma di tutte le frazioni molari dei componenti di una miscela è 1

27 Modello del Gas Ideale Le molecole che compongono il gas ideale vengono considerate puntiformi Le molecole non interagiscono fra loro Gli urti tra le molecole sono elastici E uno dei rarissimi casi in cui lequazione di stato e conosciuta analiticamente E utile in pratica, come approssimazione di gas reali E utile teoricamente per sviluppare teorie piu sofisticate Moltissimi sistemi sono in prima approssimazione, dei gas ideali

28 I Gas Reali I gas non sempre si comportano idealmente, specialmente a basse temperature e alte pressioni I motivi di questa deviazione sono determinati: 1)Dalle forze di interazione tra le particelle; 2) Dalle reali dimenzioni fisiche occupate dalle particelle; Una manifestazione macroscopica della presenza di forze di interazione tra le particelle è la liquefazione del gas

29 Equazione di Van der Waals È utile avere una equazione di stato approssimata che descriva i gas reali Varie equazioni, più o meno empiriche, sono state sviluppate La più nota è stata ideata da Van der Waals, nella sua tesi di Laurea J. van der Waals, , Premio Nobel 1910.

30 I Postulato del Modello Ideale: Particelle Puntiformi L aumento della pressione comporta una riduzione della distanza media tra le particelle; Il volume proprio delle molecole non risulta più trascurabile; Correzione: Il volume accessibile al gas non è V ma (V-nb) Correzione: Il volume accessibile al gas non è V ma (V-nb) b: covolume = volume fisico occupato da una mole di molecole di gas Equazione di Van der Waals: Correzioni all equazione di stato dei gas ideali PV = nRT

31 La pressione misurata sperimentalmente per un gas reale risulta sempre minore del valore ricavato dallequazione dei gas ideali. II Postulato del Modello Ideale: Forze di Interazione tra le particelle trascurabili Laumento della pressione comporta una riduzione della distanza tra le particelle e comporta un aumento delle forze di interazione; Laumento della pressione comporta una riduzione della distanza tra le particelle e comporta un aumento delle forze di interazione; Diminuire la temperatura significa rendere le molecole più vulnerabili alle forze di interazione. Diminuire la temperatura significa rendere le molecole più vulnerabili alle forze di interazione.

32 Equazione di Van der Waals [=] Fattore legato allintensità delle forze interparticellari Valida per densità non troppo elevate

33 Fattore di Compressione Possiamo definire una grandezza sperimentale che misuri la deviazione di un gas dalle condizioni ideali di compressione, o compressibilità Fattore di compressione, o compressibilità Per un gas ideale, Z = 1 per ogni stato termodinamico

34 Compressibilità di gas diversi Se P 0, Z 1 (gas ideale)

35 N2N2... A basse temperature la deviazione dallidealità e più marcata Compressibilità di gas diversi

36 Isoterme Ideali Curve di livello di una superficie

37 Bagno a Temperatura costante Gas Isoterme di un Gas Reale

38 P VmVm Gas ideale liquidogas T > T c TcTc T < T c Liquido + gas Punto Critico Isoterme Sperimentali V m : volume molare Gas reale

39 Diagramma P-V di un gas reale

40 Valori Critici Lisoterma critica, per T = T c ha un ruolo speciale: per T > T c non è possibile liquefare il sistema, indipendentemente dalla pressione I valori di pressione e volume, corrispondenti alla temperatura critica, vengono indicati con P c e V c T c P c e V c si chiamano parametri critici


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