Termodinamica Chimica I Gas Ideali Universita degli Studi dellInsubria

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

1 Termodinamica Chimica I Gas Ideali Universita degli Studi dellInsubria dario.bressanini@uninsubria.it http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

2 © Dario Bressanini 2 Proprietà di un Gas Può essere compresso facilmente Può essere compresso facilmente Esercita una pressione sul recipiente Esercita una pressione sul recipiente Occupa tutto il volume disponibile Occupa tutto il volume disponibile Non ha forma propria nè volume proprio Non ha forma propria nè volume proprio Due gas diffondono facilmente uno nellaltro Due gas diffondono facilmente uno nellaltro Tutti i gas hanno basse densità Tutti i gas hanno basse densità aria 0.0013 g/ml aria 0.0013 g/ml acqua1.00 g/ml acqua1.00 g/ml ferro7.9 g/ml ferro7.9 g/ml

3 © Dario Bressanini 3 Composizione dellAtmosfera

4 © Dario Bressanini 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. Gli Esperimenti mostrano che 4 variabili (di cui solo 3 indipendenti) sono sufficienti a descrivere completamente il comportamento allequilibrio di un gas. Pressione (P) Pressione (P) Volume (V) Volume (V) Temperatura (T) Temperatura (T) Numero di particelle (n) 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 © Dario Bressanini 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)

6 © Dario Bressanini 6 La Legge di Boyle

7 © Dario Bressanini 7 p 1 V 1 = p 2 V 2 La Legge di Boyle A Temperatura costante pV = costante A Temperatura costante pV = costante Robert Boyle 1627-1691. Figlio del Conte di Cork, Irlanda.

8 © Dario Bressanini 8 Interpretazione Molecolare Se il numero di molecole raddoppia, nellunità di tempo, vi saranno il doppio degli urti contro la parete, e la pressione raddoppia. Se il numero di molecole raddoppia, nellunità di tempo, vi saranno il doppio degli urti contro la parete, e la pressione raddoppia. Se la pressione e bassa, le molecole sono lontane e non si influenzano, per cui la loro identità è ininfluente Se la pressione e bassa, le molecole sono lontane e non si influenzano, per cui la loro identità è ininfluente

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

10 © Dario Bressanini 10 Legge di Boyle e Respirazione

11 Quiz Dovè la Legge di Boyle? Il volume daria nella pompa viene ridotto, aumentando la pressione e permettendo allaria di entrare nel pneumatico

12 © Dario Bressanini 12 Grafico della Legge di Boyle

13 © Dario Bressanini 13 Grafico della Legge di Boyle

14 © Dario Bressanini Jacques Charles 1746-1823 Isolò il Boro Studiò i gas e i palloni areostatici Legge di Charles-Gay Lussac A Pressione costante V varia linearmente con la temperatura A Pressione costante V varia linearmente con la temperatura

15 © Dario Bressanini 15 Legge di Charles-Gay Lussac Tutti i grafici predicono un volume nullo per T = -273.15 °C Tutti i grafici predicono un volume nullo per T = -273.15 °C Usando -273.15 come zero naturale delle temperature, la legge diventa V/T = costante Usando -273.15 come zero naturale delle temperature, la legge diventa V/T = costante -273.15 = Zero Assoluto -273.15 = Zero Assoluto

16 © Dario Bressanini 16 Legge di Charles-Gay Lussac Questo è vero per tutti i gas (... diluiti ovviamente) Questo è vero per tutti i gas (... diluiti ovviamente)

17 © Dario Bressanini 17 La Scala Kelvin di Temperatura Dato che tutti i grafici della legge di Charles-Gay Lussac intersecano lasse delle temperature a -273.15°C, Lord Kelvin propose di usare questo valore come zero di una scala assoluta di temperature: la scala Kelvin. Dato che tutti i grafici della legge di Charles-Gay Lussac intersecano lasse delle temperature a -273.15°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. 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 1 K = 1 °C

18 © Dario Bressanini 18 I palloncini, messi in azoto liquido a 77 K diminuiscono il loro volume. A temperatura ambiente, gradualmente riprendono il loro volume. La Legge di Charles

19 © Dario Bressanini 19 La Legge di Charles

20 © Dario Bressanini 20 La Legge di Charles

21 © Dario Bressanini 21 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 1811

22 © Dario Bressanini 22 Legge di avogadro

23 © Dario Bressanini 23 Volumi Molari

24 © Dario Bressanini 24 Equazione di Stato dei Gas Ideali Riassumiamo Riassumiamo V 1/P; legge di Boyle V 1/P; legge di Boyle V T; legge di Charles – Gay Lussac V T; legge di Charles – Gay Lussac V n; legge di Avogadro V n; legge di Avogadro Possiamo combinare queste relazioni ed ottenere una unica legge: Possiamo combinare queste relazioni ed ottenere una unica legge: V nT/p pV = nRT R = Costante universale dei Gas

25 © Dario Bressanini 25 Le Temperature DEVONO ESSERE ESPRESSE IN KELVIN!! pV = nRT

26 © Dario Bressanini 26 pV = nRT

27 Quiz Cosa Succede al Pneumatico? Il volume rimane quasi costante, e aumentando la pressione, aumenta la temperatura

28 © Dario Bressanini 28 Modello del Gas Ideale 1. Le molecole che compongono il gas ideale vengono considerate puntiformi 2. Le molecole non interagiscono fra loro Cose un Gas Ideale? E un Gas che obbedisce alla equazione di stato dei gas Ideali Cose un Gas Ideale? E un Gas che obbedisce alla equazione di stato dei gas Ideali

29 © Dario Bressanini 29 E uno dei rarissimi casi in cui lequazione di stato e conosciuta analiticamente E uno dei rarissimi casi in cui lequazione di stato e conosciuta analiticamente E utile in pratica, come approssimazione di gas reali E utile in pratica, come approssimazione di gas reali E utile teoricamente per sviluppare teorie piu sofisticate E utile teoricamente per sviluppare teorie piu sofisticate Moltissimi sistemi (ad esempio il Sole) sono in prima approssimazione, dei gas ideali Moltissimi sistemi (ad esempio il Sole) sono in prima approssimazione, dei gas ideali Modello del Gas Ideale

30 © Dario Bressanini 30 R = 8.314 J / mol K = 8.314 J mol -1 K -1 R = 0.08206 L atm mol -1 K -1 R = 62.36 torr L mol -1 K -1 La Costante dei Gas R

31 © Dario Bressanini 31 Condizioni Standard Condizioni Ambientali Standard di Temperatura e Pressione (SATP) Condizioni Ambientali Standard di Temperatura e Pressione (SATP) Temperatura: 25 °C = 298.15 K Temperatura: 25 °C = 298.15 K Pressione: 1 bar Pressione: 1 bar Il volume molare di un gas e V m = 24.79 L Il volume molare di un gas e V m = 24.79 L Condizioni Normali (o vecchie STP, non piu usate) Condizioni Normali (o vecchie STP, non piu usate) Temperatura: 0 °C = 273.15 K Temperatura: 0 °C = 273.15 K Pressione: 1 atm Pressione: 1 atm Il volume molare di un gas ideale e V m = 22.41 L Il volume molare di un gas ideale e V m = 22.41 L

32 © Dario Bressanini 32 pV = nRT

33 © Dario Bressanini 33 pV = nRT

34 © Dario Bressanini 34 Airbag

35 © Dario Bressanini Negli Airbag il gas viene generato dalla decomposizione della Sodio Azide: Negli Airbag il gas viene generato dalla decomposizione della Sodio Azide: 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 pV = nRT in azione

36 © Dario Bressanini 36 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 mol NaN 3 = 60.0 g NaN 3 / 65.02 g NaN 3 / mol = mol NaN 3 = 60.0 g NaN 3 / 65.02 g NaN 3 / mol = = 0.9228 mol NaN 3 = 0.9228 mol NaN 3 mol N 2 = 0.9228 mol NaN 3 x3 mol N 2 /2 mol NaN 3 mol N 2 = 0.9228 mol NaN 3 x3 mol N 2 /2 mol NaN 3 = 1.38 mol N 2 = 1.38 mol N 2 Airbag Calcolare il volume di Azoto generato a 21 o C e 823 mm Hg dalla decomposizione di 60.0 g di NaN 3. V = nRT/P ( 1.38 mol) (0.08206 L atm / mol K) (294 K) ( 823 mm Hg / 760 mmHg / atm ) = 30.8 litri

37 © Dario Bressanini 37 Dario, si vede che sei un 40enne: paperino, fumetti retro', strano che non citi "la storia siamo noi" di De Gregori.... :-) eheheheheh uoi mettere il romanticismo del gesso, l'utopia della lavagna, l'alto valore intellettuale dei pantaloni impolverati dal gesso dopo una intensa lezione? altro che Powerpoint! Dario, si vede che sei un 40enne: paperino, fumetti retro', strano che non citi "la storia siamo noi" di De Gregori.... :-) eheheheheh. Vuoi mettere il romanticismo del gesso, l'utopia della lavagna, l'alto valore intellettuale dei pantaloni impolverati dal gesso dopo una intensa lezione? altro che Powerpoint! Come dimenticare Einstein con il gesso in mano che ti parla del cosmo e delle sue leggi? come dimenticare quella scienza fatta con carta e matita, gesso e cancellino? Dr. Luca Bertini Commenti del vostro Esercitatore…