Gas perfetto e sue leggi Termodinamica Gas perfetto e sue leggi

Un po’ di chimica… C H O La materia è fatta di atomi distinti per Massa molecolare: somma delle masse atomiche di tutti gli atomi che compongono la molecola. 6 C 12,011 Numero atomico 1 H 1,0079 C12H22O11 molecola di zucchero 12 (12 u) +22 (u) + 11 (16u) = 342 u 8 O 15,9994 Massa atomica espressa in u Mole (mol): Quantità di materia che contiene NA = 6,02 * 1023 mol-1 particelle (numero di Avogadro). Corrisponde alla quantità di materia tale che la misura in grammi della sua massa sia pari alla massa atomica o molecolare. u è pari a 1/12 dell’isotopo C12 Ed è pari alla massa di un protone o neutrone.

Applicazione Consideriamo ora 12g di Carbonio-12 calcoliamo la massa in kg del singolo atomo di C Essendo u la dodicesima parte della massa atomica del carbonio quindi

Principio di Avogadro Volumi uguali di gas perfetti Alla stessa P Volumi uguali di gas perfetti Contengono le stesse molecole Alla stessa T Alla stessa P Uno stesso numero di molecole di gas Occupano lo stesso volume Alla stessa T In particolare alla P = 1 atm e alla T = 0°C, 1 mole di gas occupa un volume di 22,4 litri ( volume molare)

Sistema termodinamico Un sistema termodinamico, S, è costituito da tutti gli elementi oggetto della nostra osservazione. L’ambiente esterno, A, è tutto ciò che non appartiene al sistema L’ambiente universo è S U A, l’unione del sistema e dell’ambiente esterno.

Descrizione di un sistema termodinamico Per essere descritto macroscopicamente Eq. termico Eq. meccanico Eq. chimico

Il gas perfetto:definizione e leggi

Boyle Mariotte: isoterma (1660 circa) La legge: p V = costante Come realizzarla: Immergendo il sistema (cilindro con pistone mobile) in una miscela di acqua e ghiaccio. Variando il volume o la pressione avremo una isoterma a 0°C (273 K)

Gay – Lussac: isobara (1800) Come realizzarla: Lasciando il pistone libero di muoversi, la pressione del gas intero al cilindro sarà sempre uguale alla pressione atmosferica. La temperatura e il volume aumenteranno linearmente La legge: V = V0 (1+a t) Dove V0 è il volume a temperatura 0°C.

Gay – Lussac: isocora (1800) Come realizzarla: Bloccare il pistone oppure zavorrare in modo progressivo il pistone in modo da mantenere il volume costante. Ponendo il sistema su una sorgente di calore la temperatura e il volume aumenteranno linearmente. La legge: P = P0 (1+a t) Dove P0 è il volume a temperatura 0°C.

Isocora in funzione della temperatura Poiché il valore a è indipendente dal tipo di gas, è possibile realizzare un termometro a gas utilizzando un cilindro con pistone bloccato e con un manometro registrare la variazione della pressione. -273,15 °C

Isobara in funzione della temperatura Se, mantenendo immutato l’intervallo di temperature corrispondente ad 1 °C, spostiamo lo zero a -273,15 °C, otteniamo la SCALA TERMOMETRICA ASSOLUTA o SCALA KELVIN K T (K) = t(°C) + 273,15 -273,15 °C

Leggi dell’isobara nella scala K La legge: V = V0 (1+a t) Dove V0 è il volume a temperatura 0°C.

La legge dei gas perfetti Condizioni iniziali stato A Temperatura T0 = 273 K = 0°C Pressione = p0 e Volume = V0 Trasformazione isoterma A  B Trasformazione isobara B  C Ma per la legge di Avogadro fissati P0, T0 il volume V0 è proporzionale al numero n di moli del gas