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Prende il nome di gas quello stato di aggregazione della materia nel quale essa non ha né forma né volume propri, ma assume la forma del recipiente che.

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Presentazione sul tema: "Prende il nome di gas quello stato di aggregazione della materia nel quale essa non ha né forma né volume propri, ma assume la forma del recipiente che."— Transcript della presentazione:

1 Prende il nome di gas quello stato di aggregazione della materia nel quale essa non ha né forma né volume propri, ma assume la forma del recipiente che la contiene, e ne occupa tutto il volume. In generale è lo stato in cui tutte le sostanze si trovano quando vengono portate a temperatura sufficientemente elevata. Il gas perfetto è un gas composto da particelle (atomi o molecole) che non interagiscono uno con laltro ed è quindi molto rarefatto. Il gas perfetto, detto anche gas ideale, in natura non esiste, però alcuni gas come lidrogeno o lelio, si approssimano bene al comportamento del gas perfetto; questi gas ideali ubbidiscono a leggi molto semplici, per cui è possibile studiarne facilmente il comportamento, dopodichè, facendo riferimento ai gas reali, sarà opportuno adattare i risultati che si otterrebbero con un gas perfetto, introducendo le opportune varianti. Proprietà dei Gas

2 Un gas può essere studiato sia dal punto di vista microscopico che dal punto di vista macroscopico. Secondo il primo tipo di studio, il gas viene considerato come un insieme di singole particelle ognuna dotata delle sue proprie caratteristiche e quindi è necessario conoscere massa, posizione e velocità di ognuna di esse; ma visto che un piccolo campione di gas contiene un numero elevatissimo di particelle risulterebbe estremamente complesso gestire tutti questi dati. Scegliendo il secondo tipo di studio, si ignorano le molecole e si cerca di descrivere il gas nella sua globalità mediante grandezze chiamate coordinate termodinamiche. Le coordinate termodinamiche sono grandezze fisiche in grado di fornirci informazioni riguardo lo stato interno del sistema, in maniera tale da poterne descrivere il comportamento; queste grandezze sono: temperatura, pressione e volume.

3 In ogni caso per poter studiare un gas tramite le coordinate termodinamiche è necessario tenerne costante una per poter capire quale relazione ci sia tra le altre due. Le tre leggi più importanti che regolano il comportamento di un gas perfetto sono: EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI 1. LEGGE DI BOYLE 2.LEGGE DI CHARLES 3.LEGGE DI GAY-LUSSAC

4 Le Leggi dei Gas Gli Esperimenti mostrano che 4 variabili (di cui solo 3 indipendenti) sono sufficienti a descrivere completamente il comportamento allequilibrio di un gas. –Pressione (P) –Volume (V) –Temperatura (T) –Numero di particelle (n) Lo studio dei gas e un eccellente esempio di metodo scientifico in azione. Illustra come delle osservazioni posso portare a dedurre delle leggi naturali, che a loro volta, possono essere spiegate con dei modelli

5 La pressione è una grandezza fisica, definita come il rapporto tra la forza agente normalmente su una superficie e la superficie stessa. La pressione è una grandezza intensiva e quindi si intende sempre riferita allunità di superficie 1 atm = 760 Torr= 760 mmHg = 1,013 bar = 1,013x10 5 Pa

6 In una trasformazione isoterma pressione e volume sono grandezze inversamente proporzionali. ISOTERMA: Trasformazione nella quale la temperatura del gas rimane costante. ISOTERMA: Trasformazione nella quale la temperatura del gas rimane costante. Se rappresentiamo sul piano cartesiano la legge di Boyle si otterrebbe un ramo di iperbole 1. LEGGE DI BOYLE (Isoterma) P x V = k P 1 V 1 = P 2 V 2 ANCHE xy=kPV=k

7 Il volume di un gas è inversamente proporzionale alla pressione V 1 P (T,n costanti) y = a xP = k 1 V

8 Poniamo il gas in un cilindro graduato sormontato da un pistone libero di scorrere senza attrito. Sul pistone poniamo un pesetto e, quando il pistone si è fermato, determiniamo il valore del volume. Dato che la sezione S è costante, per aumentare la pressione P, essendo P=F/S, basta aumentare la forza F, cioè il numero dei pesetti. In effetti, mettendo sul pistone due e poi tre pesetti, vediamo che il volume man mano diminuisce. T = costante ESPERIMENTO

9 Interpretazione Molecolare Se il volume si dimezza, nellunità di tempo, vi saranno il doppio degli urti contro la parete, e la pressione raddoppia.

10 2. LEGGE DI CHARLES (Isobara) A Pressione costante V varia linearmente con la temperatura A Pressione costante V varia linearmente con la temperatura P = costanteV t = V o (1+ t) = V/T = costante V 1 = V 2 T 1 T 2 V/T = costante V 1 = V 2 T 1 T 2 V = Vo t V = Vo t Nuova scala di T (Kelvin) T (K) = T (t°C + 273) y = a + m x V = Vo + Vo t

11 Prendiamo in esame un cilindro con un volume V di gas e mettiamo su un pistone scorrevole senza attrito due pesetti, senza mai cambiarli, allo scopo di mantenere così costante la pressione. Se riscaldiamo allora il gas e di misuriamo ogni tanto temperatura t e volume V occupato, notiamo che allaumentare della temperatura aumenta con proporzionalità diretta anche il volume. T = variabile P = costante ESPERIMENTO

12 3. LEGGE DI GAY-LUSSAC (Isocora) A Volume costante P varia linearmente con la temperatura A Volume costante P varia linearmente con la temperatura V = costanteP t = P o (1+ t) = P/T = costante P 1 = P 2 T 1 T 2 P/T = costante P 1 = P 2 T 1 T 2 P = Po t P = Po T (K) 273 Nuova scala di T (Kelvin) T (K) = T (°C + 273) y = a + m x P = Po + Po t

13 Dopo aver introdotto nel cilindro una certa quantità di gas, riscaldiamo il sistema, misurando regolarmente la temperatura e la pressione. Poiché il volume V deve restare invariato e il gas ovviamente tende ad espandersi, dobbiamo disporre sul pistone un numero di pesetti via via crescente. T = variabile P = varia ESPERIMENTO

14 condizioni iniziali P o V o 0°C dopo un'isoterma P' V 0°C P o V o = P' V dopo un'isocora P V t °C P = P' (1 + t) (condizioni finali) PV = P o V o (1+ t) Equazione di stato dei gas perfetti

15 PV = P o V o (1+ t) PV = P o V o t 273 PV = T = n R T PoVoPoVo 273 n = n° moli R = costante dei gas perfetti PoVoPoVo 273 R = = n = 1 mole e 1 atm 22.4 L 273 K mole = K mole L atm = = 10 5 Pa –3 m K mole = J K mole V molare (1 mole) = costante = L

16 Condizioni Standard per un Gas Ideale Condizioni Normali (c.n. o STP) Temperatura: = 273 K Pressione: 1 atm Il volume molare di un gas ideale e V m = L/mol

17 Airbag

18 Negli Airbag il gas viene generato dalla decomposizione della Sodio Azide: 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 PV = nRT in azione

19 Calcolare il volume di Azoto generato a 21 o C e 1,08 atm dalla decomposizione di 60.0 g di NaN 3 V = nRT/P ( 1.38 mol) ( L atm / mol K) (294 K) (1,08 atm ) = 30.8 litri AIRBAG

20 Miscele di Gas Ideali Cosa ci dobbiamo aspettare se misceliamo dei gas ideali? Nulla di particolare! In un gas ideale, le molecole non interagiscono fra loro, e quindi la loro natura è del tutto ininfluente. Dalton studiò le miscele di gas nel XIX secolo

21 Miscele di Gas Ideali

22 Pressione Parziale Consideriamo due gas ideali in un recipiente di volume V La Pressione parziale è la pressione che il gas eserciterebbe nel recipiente se fosse da solo, alla stessa temperatura P 1 = n 1 RT/V P 2 = n 2 RT/V

23 Legge di Dalton In una miscela di gas ideali, la pressione totale esercitata dalla miscela è la somma delle pressioni parziali dei gas costituenti la miscela P tot = P 1 + P 2 + P 3... n tot

24 PiPi PiPi P tot = = n i RT V V n tot RT V V = = nini nini n tot Calcoliamo il rapporto tra la pressione parziale di un gas e la pressione totale Frazioni Molari Frazione Molare

25 Frazioni Molari e Pressioni Parziali


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