Le particelle che costituiscono un sistema gassoso possiedono energia cinetica maggiore dell’energia di interazione e quindi tendono ad occupare tutto lo spazio a loro disposizione Non hanno quindi superficie di separazione occupano tutto il volume del recipiente

Quindi una sostanza allo stato gassoso occupa uno spazio maggiore di quando si trova allo stato liquido o solido. Si distingue un gas da un solido o da un liquido dicendo che esso non ha né forma propria (come i solidi) né un volume proprio (come i solidi e i liquidi)

4 proprietà lo definiscono: Lo stato gassoso 4 proprietà lo definiscono: Pressione Volume Temperatura quantità di sostanza Per definire quantitativamente un sistema gassoso è in realtà sufficiente conoscere solo tre delle quattro proprietà, perche’….

Equazione di stato dei gas perfetti o del gas ideale PV=nRT R è una costante di proporzionalità che dipende dalle unità di misura scelte per definire pressione e volume Note 3 variabili, io sono sempre in grado di trovare la 4°

Scala della Temperatura

Le sue unità di misura sono Pressione La pressione è la forza esercitata dal gas su ogni unità di superficie delle pareti del recipiente, perpendicolarmente ad esse. Le sue unità di misura sono 1 Pascal (Pa) = 1 N m-2 OPPURE 1 atm = 101325 Pa = 0,987 bar = 760 mmHg

R = costante universale dei gas R = 8,314472 m3 Pa mol-1 K-1 R = 0,08206 atm dm3 mol-1 K-1

L’equazione di stato dei gas perfetti deriva da: 1 L’equazione di stato dei gas perfetti deriva da: 1. Legge di Boyle PV = k (a T costante) 2. Leggi di Charles e Guy-Lussac V= kT (a P costante) P = kT ( a V costante) 3. Principio di Avogadro Volumi uguali di gas diversi misurati nelle stesse condizioni di T e P contengono lo stesso numero di particelle (quindi per i gas il volume puo’ essere usato come misura della quantità di sostanza,mole)

Legge di Avogadro 2 V = k n (a T e P costante) indipendentemente dal tipo di gas 2 2

La definizione di gas perfetto, deriva dalla teoria cinetica del gas che lo definisce con questi postulati: 1. Un gas ideale è costituito da particelle tutte uguali fra loro ed aventi la stessa massa. Le particelle si muovono continuamente con un moto rettilineo uniforme in tutte le direzioni possibili e con tutte le velocità possibili. 2. Il volume delle particelle è trascurabile rispetto al volume a disposizione (puntiforme) 3. Non esistono interazioni né di tipo repulsivo nè attrattivo tra le particelle e le pareti del recipiente. Gli urti fra le particelle sono di tipo elastico, ossia energia cinetica traslazionale complessiva di due particelle prima di un urto è uguale a quella dopo l’urto. Gli urti delle particelle con le pareti del recipiente sono di tipo elastico: da essi dipende la Pressione

Gas ideale

Applicando le leggi della meccanica classica a questo modello di gas ideale si ottiene: EC = 3/2 RT/NA = 3/2 kT Dove: EC Energia cinetica media traslazionale NA costante di Avogadro k è la costante di Boltzman = R/NA = 1,3806505 x 10-23 J K-1

EC = 3/2 kT La temperatura assoluta è una misura dell’energia cinetica media traslazionale di qualunque insieme di particelle. Vale anche per gas reali, liquidi, solidi. La temperatura assoluta è quindi correlata al movimento delle particelle che, a T costante, tanto più la loro massa è grande, tanto piu’ piccola deve essere la loro velocità. La relazione precedente ci dice anche che ho Ec = 0 solo allo zero assoluto, 0 K. Quindi anche nei solidi a Tamb le particele si muovono ed hanno una Ec diversa da zero.

NON E’ IMPOSSIBILE CALCOLARE LA VELOCITA’ DI CIASCUNA PARTICELLA MA…. Le particelle gassose si muovono con velocità differenti in tutte le direzioni e urtando cambiano continuamente le loro velocità e direzioni, quindi NON E’ IMPOSSIBILE CALCOLARE LA VELOCITA’ DI CIASCUNA PARTICELLA MA….

Distribuzione statistica della Ec traslazionale di particelle gassose Si puo’ calcolare con metodi statistici la frazione di particelle (a), rispetto al loro numero totale, che possiede una EC traslazionale compresa entro un qualunque intervallo da zero a infinito. Il massimo della curva indica l’energia cinetica più probabile

Volume molare standard V/n = VM=RT/P PV=nRT Volume molare standard = volume occupato da una mole di una sostanza alla temperatura di 0°C e di 1 bar (105 Pa), definite come condizioni standard VM= RT/P = 8,314472 x 273,15/105= 22,711 dm3 mol-1 A parità di temperatura, pressione e quantità di sostanza, una mole di ogni composto allo stato gassoso occupa lo stesso volume, infatti…

Volume molare standard L’errore è sulla prima cifra, quindi si approssima il valore di VM a 22,7 dm3 mol-1 e conseguentemente quello di R a 8,31 J mol-1 K-1

Dall’eq. dei gas perfetti di un gas alla densità n/V = P/RT Dato che n = m / M m/MV = P/RT d = m/V = PM/RT M = d RT/P Se ho due gas con stesse condizioni di T e P ottengo d1/d2 = M1/M2

Miscele gassose. Legge di Dalton Ptot = (nO2 + nN2) RT/V PO2 = nO2 RT/V PN2 = nN2 RT/V

Legge di Dalton. Pressione parziale La pressione totale esercitata dalla miscela dei gas è data dalla somma delle pressioni che ciascun gas eserciterebbe se fosse unico nel recipiente e queste ultime sono chiamate pressioni parziali Pi è la pressione parziale

Equazione di stato in miscele di gas Per due gas A e B: Ptot = PA + PB = (nA+ nB) RT/V Dato che PA = nART/ V e PB = nBRT/V, dividendole per l’eq. scritta sopra ottengo: nART V Frazione molare del componente A PA nA = PA= Ptot Ptot V (nA+ nB) RT (nA+ nB) Frazione molare del componente B PB nBRT V nB = PB= Ptot Generalizzando: Ptot V (nA+ nB) RT (nA+ nB) ni Pi = Ptot j nj

I gas reali I composti in fase gassosa NON sono gas ideali. Esistono sempre tra le molecole delle forze intermolecolari Il modello cinetico ci fa capire quando un gas puo’ avvicinarsi alle condizioni di idealità Aumentando la T Diminuendo la Pressione Aumentando il volume Diminuendo la T,oppure aumentando la Pressione, il sistema si allontana dalla idealità, fino a che il composto non cambia di stato ed il gas diventa un liquido

I gas reali Le particelle hanno inoltre un volume proprio non trascurabile. Eq. di Van der Waals per i gas reali: an2 P + V – nb = nRT V2 b è il volume di una mole di gas a 0 K (quando è allo stato solido), quindi il volume disponibile per le molecole gassose per muoversi è (V- nb). Le particelle reali si attraggono e gli urti non sono pefettemente elastici, Quindi ho una diminuzione della pressione rispetto al comportamento ideale. Il termine an2/V2 rappresenta la diminuzione di pressione, dove a è legato alle forse di interazioni intermolecolari.

I gas reali Z = PV/nRT

I gas reali

Stato liquido Lo stato solido ha carateristiche dello stato solido quali: Le forze di coesione sono prevalenti sulla enegia cinetica traslazionale e quindi ha un volume proprio pressocchè incomprimibile Ma…. Non possiede una forma propria perche’ le forze di coesione sono contrastate dalla energia cinetica traslazionale delle particelle del liquido, caratteristica tipica dei gas

Stato liquido Un liquido e’ caratterizzato da una struttura dinamica, continuamente soggetta a modifiche, nel quale le particelle sono in continuo movimento casuale, come avviene per i gas. Nel loro movimento pero’ le particelle sono sempre in contatto tra loro a causa delle forze attrattive. I liquidi sono quindi caratterizzati da un ordine a corto raggio, che si contrappone all’ordine a lungo raggio dei cristalli.

Stato liquido Le forze di attrazione sono uguali in tutte le direzioni per tutte le particelle eccetto quelle sulla superficie del liquido per le quali si esercita una forza di attrazione verso l’interno del liquido stesso=> ecco perche’ le goccie sono sferiche!

Modello strutturale dei liquidi Si può considerare un liquido come un sistema in cui zone di ordine si alternano a zone di disordine. Le particelle circondate da altre particelle hanno un comportamento tipico dello stato solido (Ecin oscillatoria). Le particelle confinanti con cavità hanno un comportamento tipico dei gas (Ecin traslazionale). Per la presenza di cavità, la distanza media tra particelle in un liquido è maggiore che in un solido e quindi l’energia potenziale è minore in valore assoluto.

Viscosità di un liquido Viscosità di un liquido. La forza che si oppone alla traslazione della lastra di particelle in un liquido è proporzionale alla viscosità La viscosità diminuisce con la temperatura Massa molare e legami a idrogeno aumentano la viscosità

Lo stato vetroso: liquido senza proprietà traslazionali Situazione non ordinata come avviene nello stato solido, quindi piu’ simile ad un liquido Struttura cristallina di (SiO32-)n Liquido caratterizzato da altissima viscosità. Struttura vetrosa di (SiO32-)n La velocità di cristallizazione determina se si forma struttura cristallina o stato amorfo