Gli stati di aggregazione Lo stato gassoso

Proprietà di un Gas Può essere compresso facilmente Esercita una pressione sul recipiente Occupa tutto il volume disponibile Non ha forma propria nè volume proprio Due gas diffondono facilmente uno nell’altro Tutti i gas hanno basse densità  aria g/ml  acqua1.00 g/ml  ferro7.9 g/ml

Composizione dell’Atmosfera

Esperienza di Torricelli La pressione atmosferica al livello del mare è di uguale a quella esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm 1 atm= 760 mmHg = 760 Torr = 1 bar = Pa Pressione: Una forza applicata ad una superficie La sua unità di misura nel SI è il Pascal (P) P = Forza/unità di superficieN/m 2

Modello del Gas Ideale 1.Le molecole che compongono il gas ideale vengono considerate puntiformi 2.Le molecole non interagiscono fra loro Cos’e’ un Gas Ideale? E’ un Gas che obbedisce alla equazione di stato dei gas Ideali Cos’e’ un Gas Ideale? E’ un Gas che obbedisce alla equazione di stato dei gas Ideali

Le Leggi dei Gas Gli esperimenti mostrano che 4 variabili (di cui solo 3 indipendenti) sono sufficienti a descrivere completamente il comportamento all’equilibrio di un gas. –Pressione (P) –Volume (V) –Temperatura (T) –Numero di particelle (n) Lo studio dei gas e’ un eccellente esempio di uso del metodo scientifico. Illustra come delle osservazioni possono portare a dedurre delle leggi naturali, che a loro volta, possono essere spiegate con dei modelli

La Legge di Boyle Nel 1662, Robert Boyle scopre che il volume di un gas è inversamente proporzionale alla pressione V  1 P (T,n costanti)

La Legge di Boyle

Grafico della Legge di Boyle

p 1 V 1 = K La Legge di Boyle  A temperatura costante pV = costante Robert Boyle p 1 V 1 = p 2 V 2 p 2 V 2 = K

Interpretazione Molecolare il numero di molecole per unità di volume si dimezza, nell’unità di tempo, vi saranno la metà degli urti contro la parete, e la pressione si dimezza. Se la pressione e’ bassa, le molecole sono lontane e non si influenzano, per cui la loro identità è ininfluente 1) Se il volume raddoppia2) Se il volume dimezza nell’unità di tempo, vi saranno il doppio degli urti contro la parete, e la pressione raddoppia. V = volume 1) V 1 = 2V 2) V 2 = 1/2V

Legge di Boyle e Respirazione

Cosa comporta la Legge di Boyle? Il volume d’aria nella pompa viene ridotto, aumentando la pressione e permettendo all’aria di entrare nel pneumatico

Diagramma di Andrews T C è chiamata temperatura critica del gas C è detto punto critico P C = pressione critica V C = volume critico Questo tipo di comportamento è conseguenza necessaria della non idealità del gas; i parametri critici sono legati perciò alle costanti a e b dell'equazione di Van der Waals e si possono ricavare da essi.

Jacques Charles Studiò i gas e i palloni areostatici Legge di Charles-Gay Lussac (isobara)  A Pressione costante V varia linearmente con la temperatura V  T (P costante) V1V1 V2V2 T1T1 T2T2 = V1V1 T1T1 = K V2V2 T2T2 V1V1 T1T1 V2V2 T2T2 =

Legge di Charles-Gay Lussac Tutti i grafici predicono un volume nullo per T = °C  Usando come zero “naturale” delle temperature, la legge diventa V/T = costante  = Zero Assoluto

La Scala Kelvin di Temperatura Dato che tutti i grafici della legge di Charles-Gay Lussac intersecano l’asse delle temperature a °C, 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 dove il volume di un gas ideale è nullo, e cessa ogni movimento molecolare. 1 K = 1°C

Legge di Charles-Gay Lussac (isocora) A volume costante la pressione varia linearmente con la temperatura P  T (V costante) P1P1 T1T1 = K P2P2 T2T2 P1P1 T1T1 P2P2 T2T2 = P1P1 T1T1 = P2P2 T2T2

I palloncini, messi in azoto liquido a 77 K (-196 °C) diminuiscono il loro volume. A temperatura ambiente, gradualmente riprendono il loro volume. La Legge di Charles

Legge di Avogadro Il volume di un gas, a temperatura e pressione costanti, è direttamente proporzionale al numero di moli del gas. Uguali volumi di gas alla stessa temperatra e pressione, contengono un egual numero di molecole. Il volume molare e’ lo stesso. V  n (T,p costanti) Amedeo Avogadro

Volumi Molari

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 R = Costante universale dei Gas

pV = nRT Equazione di Stato dei Gas Ideali

R = J / mol K = J mol -1 K -1 R = L atm mol -1 K -1 R = torr L mol -1 K -1 La Costante dei Gas R

Le Temperature DEVONO ESSERE ESPRESSE IN KELVIN!! pV = nRT

Volume molare di un gas Il volume di una mole di gas, a 0°C e ad una atmosfera è….. V  n (T,p costanti) Amedeo Avogadro ( 1 mol) ( L atm / mol K) (273,16 K) ( 1 atm ) = litri

CO 2 25°C1atmHe25°C 2 atm Quale bombola contiene piu’ molecole? Domanda He, perche’ la pressione piu’ alta deve essere causata da un maggior numero di molecole, perche’ il volume e la temperatura sono gli stessi

Legge di Dalton La pressione esercitata da una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni esercitate dai singoli gas. P tot = P 1 +P 2 (T,V costanti)

© Dario Bressanini29 Miscele di Gas Ideali

© Dario Bressanini30 Pressione Parziale Consideriamo due gas ideali in un recipiente di volume V Ptot= p 1 +p 2 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

Condizioni Standard Condizioni Ambientali Standard di Temperatura e Pressione (SATP) –Temperatura: 25 °C = K –Pressione: 1 atm –Il volume molare di un gas e’ V m = L Condizioni Standard (STP) Condizioni Standard (STP)  Temperatura: 0 °C = K  Pressione: 1 atm  Il volume molare di un gas ideale e’ V m = L

Negli Airbag il gas viene generato dalla decomposizione della Sodio Azide: 2 NaN 3  2 Na + 3 N 2 Esempio…. pV = nRT

2 NaN 3  2 Na + 3 N 2 mol NaN 3 = 60.0 g NaN 3 / g/ mol = mol N 2 = mol x 3/ mol N 2 Airbag V = nRT/P ( 1.38 mol) ( L atm / mol K) (294 K) ( 823 mm Hg / 760 mmHg / atm ) = 30.8 litri Calcolare il volume di Azoto generato a 21°C e 823 mm Hg dalla decomposizione di 60,0 g di NaN 3