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Termodinamica Chimica Gas Reali Universita degli Studi dellInsubria

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Presentazione sul tema: "Termodinamica Chimica Gas Reali Universita degli Studi dellInsubria"— Transcript della presentazione:

1 Termodinamica Chimica Gas Reali Universita degli Studi dellInsubria

2 © Dario Bressanini I Gas Reali I gas reali non sempre si comportano idealmente, specialmente a basse temperature e alte pressioni I gas reali non sempre si comportano idealmente, specialmente a basse temperature e alte pressioni I motivi di questa deviazione dallidealità vanno ricercati in due fatti: I motivi di questa deviazione dallidealità vanno ricercati in due fatti: Gli atomi e le molecole hanno un volume finito, anche allo zero assoluto Gli atomi e le molecole hanno un volume finito, anche allo zero assoluto Le molecole interagiscono fra loro Le molecole interagiscono fra loro Una manifestazione di ciò è il fenomeno del cambiamento di fase Una manifestazione di ciò è il fenomeno del cambiamento di fase

3 © Dario Bressanini 3Repulsione Attrazione Distanza r 0 Forza (r) V (r) Energia Potenziale Interazione Molecolare r 0 r

4 © Dario Bressanini 4 Interazione Molecolare Ad alte Pressioni, le molecole sono abbastanza vicine da risentire dellinterazione Ad alte Pressioni, le molecole sono abbastanza vicine da risentire dellinterazione A basse Temperature, le molecole si muovono lentamente e possono risentire anche di deboli interazioni A basse Temperature, le molecole si muovono lentamente e possono risentire anche di deboli interazioni r 0 V (r) Energia Potenziale

5 © Dario Bressanini 5 Fattore di Compressione Possiamo definire una grandezza che misuri la deviazione di un gas dalle condizioni ideali Possiamo definire una grandezza che misuri la deviazione di un gas dalle condizioni ideali Per un gas ideale, Z = 1 per ogni stato termodinamico Per un gas ideale, Z = 1 per ogni stato termodinamico Fattore di compressione, o compressibilità

6 © Dario Bressanini Compressibilità Se p 0, Z 1 (gas ideale) Se p 0, Z 1 (gas ideale) A p intermedie, Z < 1 (non sempre. Interazioni attrattive) A p intermedie, Z < 1 (non sempre. Interazioni attrattive) Se p, Z > 1 (potenziale repulsivo. Più difficile da comprimere) Se p, Z > 1 (potenziale repulsivo. Più difficile da comprimere)

7 © Dario Bressanini Compressibilità... A basse temperature la deviazione dallidealità e più marcata N2N2

8 © Dario Bressanini 8 Isoterme Ideali Curve di livello di una superficie

9 © Dario Bressanini 9 Bagno a Temperatura costante Gas Isoterme di un Gas Reale

10 © Dario Bressanini 10 P VmVmVmVm Gas ideale liquidogas T > T c TcTcTcTc T < T c Liquido + gas Punto Critico Isoterme Sperimentali

11 © Dario Bressanini 11 Isoterme Sperimentali della CO 2 Isoterme Sperimentali

12 © Dario Bressanini 12 Isoterme Sperimentali (CO 2 )

13 © Dario Bressanini 13 Equazione di Stato Sperimentale

14 © Dario Bressanini 14 SUPERHEATED VV Diagramma P-V PP

15 © Dario Bressanini 15 Vapore saturo Liquido saturo Equilibrio Liquido-Vapore

16 © Dario Bressanini 16 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 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 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 T c p c e V c si chiamano parametri critici

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

18 © Dario Bressanini 18 Partiamo dallequazione dei gas ideali pV = nRT Partiamo dallequazione dei gas ideali pV = nRT Le molecole a corta distanza si respingono, quindi il volume accessibile al gas non è V ma (V-nb) Le molecole a corta distanza si respingono, quindi il volume accessibile al gas non è V ma (V-nb) La pressione dipende dalla frequenza di collisione con il recipiente, e dalla forza con cui avvengono gli urti. Ambedue questi fattori vengono attenuati dalla presenza di forze attrattive, proporzionalmente al numero di molecole, per un fattore pari a a(n/V) 2 La pressione dipende dalla frequenza di collisione con il recipiente, e dalla forza con cui avvengono gli urti. Ambedue questi fattori vengono attenuati dalla presenza di forze attrattive, proporzionalmente al numero di molecole, per un fattore pari a a(n/V) 2 Equazione di Van der Waals

19 © Dario Bressanini 19 Attrazione Molecolare

20 © Dario Bressanini 20 Volume Molecolare

21 © Dario Bressanini 21 a,b costanti dipendenti dal gas a misura delle forze attrattive b volume proprio delle molecole a,b costanti dipendenti dal gas a misura delle forze attrattive b volume proprio delle molecole a,b ricavate da un fit dei dati sperimentali a,b ricavate da un fit dei dati sperimentali Equazione di Van der Waals

22 © Dario Bressanini 22 Equazione di Van der Waals Attenzione a non dare troppo significato fisico alle costanti a e b Sebbene non possiamo aspettarci che questa semplice equazione descriva accuratamente tutti i gas reali, questa cattura alcune caratteristiche essenziali

23 © Dario Bressanini 23 Isoterme di Van der Waals

24 © Dario Bressanini 24 Isoterme di Van der Waals

25 © Dario Bressanini 25

26 © Dario Bressanini 26 Isoterme di Van der Waals Per temperature elevate, le isoterme sono simili a quelle per i gas ideali. Lequazione diventa pV = nRT Per temperature elevate, le isoterme sono simili a quelle per i gas ideali. Lequazione diventa pV = nRT Per basse T, le curve sono simili a quelle sperimentali Per basse T, le curve sono simili a quelle sperimentali Compare lIsoterma critica Compare lIsoterma critica Per T

27 © Dario Bressanini 27 Isoterme di Van der Waals P VmVmVmVm Gas ideale liquidogas T > T c TcTcTcTc T < T c Liquido + gas Punto Critico vdW

28 © Dario Bressanini 28 Calcoliamo il valore dei parametri critici. Calcoliamo il valore dei parametri critici. Pendenza e curvatura dellisoterma, per pressione e volume critici, sono nulle Pendenza e curvatura dellisoterma, per pressione e volume critici, sono nulle Parametri Critici di Van der Waals

29 © Dario Bressanini 29 Valori dei parametri critici Valori dei parametri critici Parametri Critici di Van der Waals

30 © Dario Bressanini 30 Principio degli Stati Corrispondenti Una tecnica generale nella scienza per confrontare oggetti simili è quella di trovare una proprietàintrinseca fondamentale, e riferire le varie proprietà a quella, usata come unità di misura Una tecnica generale nella scienza per confrontare oggetti simili è quella di trovare una proprietàintrinseca fondamentale, e riferire le varie proprietà a quella, usata come unità di misura Ogni gas possiede dei parametri critici unici. Ogni gas possiede dei parametri critici unici. Possiamo sperare che, usando questi parametri come unità di misura, il comportamento dei vari gas reali possa essere unificato Possiamo sperare che, usando questi parametri come unità di misura, il comportamento dei vari gas reali possa essere unificato Var der Waals provò per primo questo approccio Var der Waals provò per primo questo approccio

31 © Dario Bressanini 31 Variabili Ridotte Introduciamo le cosiddette variabili ridotte Introduciamo le cosiddette variabili ridotte Van der Waals osservò che, sperimentalmente, molte sostanze obbediscono alla stessa equazione di stato, se scritta in termini di variabili ridotte. Van der Waals osservò che, sperimentalmente, molte sostanze obbediscono alla stessa equazione di stato, se scritta in termini di variabili ridotte.

32 © Dario Bressanini 32 Principio degli Stati Corrispondenti

33 © Dario Bressanini 33 Principio degli Stati Corrispondenti Gas reali, allo stesso volume ridotto e alla stessa temperatura ridotta, esercitano la stessa pressione ridotta Lequazione di Van der Waals, diventa: I Parametri a e b sono scomparsi!!

34 © Dario Bressanini 34 QUIZ A cosa serve un frigorifero e come funziona?

35 © Dario Bressanini 35 Come funzione un frigorifero


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