LE PROPRIETA DEI GAS

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1 LE PROPRIETA DEI GAS

2 Per definire lo stato di un gas, bisogna definire le tre grandezze fisiche, chiamate variabili di stato, che lo caratterizzano: volume, pressione e temperatura. E' possibile descrivere il comportamento di un gas tenendo conto unicamente delle variabili di stato. Questo è possibile considerando un gas ideale nel quale le particelle che lo compongono sono considerate come masse puntiformi. I requisiti di un gas ideale (detto anche gas perfetto) sono i seguenti: le sue particelle hanno volume nullo le forze attrattive tra le particelle sono nulle le collisioni tra le particelle del gas o tra le particelle del gas e le pareti del recipiente sono perfettamente elastiche le molecole del gas sono identiche tra loro ed indistinguibili

3 Legge di Boyle o dell isoterma Il volume occupato da un gas, mantenuto a temperatura costante, è inversamente proporzionale alla pressione alla quale il gas è sottoposto. P 1 V 1 = P 2 V 2

4 Legge di Charles o dell isobara A pressione costante, il volume di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. V T cos t

5 Legge di Gay-Lussac o dell isocora A volume costante, la pressione di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta P T cos t

6 Equazione di stato dei gas perfetti Dalla combinazione delle tre leggi sperimentali sui gas e del principio di Avogadro, si ottiene l'equazione di stato dei gas perfetti detta anche legge universale dei gas. P V=n R T Dove R è la costante universale dei gas : 8, L atm K -1 mol -1 8, L bar K -1 mol -1 8,31451 L kpa K -1 mol -1 8,31451 J K -1 mol -1 62,364 L Torr K -1 mol -1

7 Pressione o Tensione di Vapore La pressione di vapore (o tensione di vapore) di una sostanza o di una miscela liquida è la pressione parziale del suo vapore quando si raggiunge l'equilibrio fra la fase liquida e quella aeriforme. Il valore di pressione di vapore è facilmente ricavabile utilizzando una formula che metta in relazione tale pressione con una determinata temperatura (espressa in gradi Celsius), con questa formula si determina ad una data temperatura il valore della pressione (in mbar) a cui entra in ebollizione: 7,5T 237,7T acqua P 6,1110

8 1) Una certa quantità di idrogeno viene posta in una camera di platino a volume costante. Quando la camera viene immersa in un bagno di ghiaccio che sta fondendo, la pressione assoluta del gas è di 1000 mm di mercurio. (a) Qual è la temperatura in gradi centigradi quando il manometro segna esattamente 100 mm di Hg? (b) A che pressione si arriverà quando la camera sarà portata a 100 C? P gas1 = 1000 mm Hg T gas1 = 273 K P gas2 = 100 mm Hg T ga2 =? a) P1 T 1 P T ; x 27,3 K t=-246 C x 1000 b) P gas1 = 1000 mm Hg T gas1 = 273 K P gas2 =? T ga2 = = 373 K P1 T 1 P T x 373 ; x mmhg

9 2) Se la densità assoluta di un gas a 30 C e a 768 mm di Hg è pari a g/l, trovare la sua densità assoluta nelle condizioni normali ( 1 atm e 0 C) T 1 = 303 K P 1 = 768 mm Hg d 1 = 1,253 g/l T 2 = 273 K P 2 = 760 mm Hg PV nrt ; PV g Pm RT ; P Pm g V RT ; P Pm d RT P Pm P Pm d RT d RT dividendo le due equazioni P Pm P Pm d RT d RT Il P m rimane invariato PT d d d 1,376 g / l PT

10 3) Un volume di 95 ml di ossido d'azoto a 27 C viene raccolto su mercurio, in una provetta graduata; il livello del mercurio all'interno del tubo è maggiore di 60 mm rispetto al livello del mercurio all'esterno, quando il barometro indica 750 mm, (a) Calcolare il volume della stessa massa di gas nelle condizioni normali. (b) Che volume occuperà la stessa massa di gas a 40 C, quando la pressione barometrica è di 745 mm e il livello del mercurio all'interno del tubo è di 25 mm più basso del livello esterno? 60 mm 750 mm a) Volume della stessa massa di gas in condizioni normali: V = 95 ml T = 300 K P est = 750 mm Hg P gas = P est - 60 mm Hg T 2 = 273 K P 2 = 760 mm Hg T 1 = 300 K P 1 = 690 mm Hg P 1 V 1 = n 1 RT 1 P 2 V 2 = n 2 RT 2 n 1 =n 2 PV T PV ; V T 78, 48ml PV T PT

11 25 mm 750 mm b) Volume alle condizioni di 40 C, 745 mm Hg e livello mercurio a 25 mm più basso dell esterno. T1 = 273 K P1 = 760 mm Hg T2 = = 313 K P2 = = 770 mm Hg PT ,48 V V 88,81 ml PT 2 1

12 4) Un recipiente di 250 ml contiene cripto a 500 mm di Hg. Un recipiente di 450 ml contiene elio a 950 mm. Vengono mescolati i contenuti dei due recipienti, aprendo un rubinetto che li collega. Supponendo che tutte le operazioni vengano eseguite a temperatura costante e uniforme, calcolare la pressione finale totale e il percento in volume di ogni gas nella miscela risultate. Trascurare il volume del rubinetto. Kr 250 ml 500 mm He 450 ml 950 mm Se si apre il rubinetto si ha un unico recipiente di =700 ml Come sono dei gas ideali si comportano in modo indipendente in tutto il volume P HeT V HeT = P He V He P P PHeV V He HeT HeT 700 PKrV V Kr KrT KrT 700 mmhg mmhg

13 P T = P HeT + P KrT = = mm Hg Per calcolare il percento in volume, sappiamo che il rapporto dei volumi sono gli stessi rapporti delle pressioni in condizione di temperatura uguale. Quindi: % Kr % % He % Il percento in volume lo calcoliamo sapendo che PV= cost, poiché T= cost. Ci chiediamo che volume occupa il Kr alla pressione tot (P tot =789.3 mmhg) mmhg V Kr = P V cost mmhg V Kr = 250 ml 500 mm di Hg V Kr = 250ml 500 mm Hg/789.3 mmhg = ml % Kr % 700

14 Ci chiediamo che volume occupa l He alla pressione tot (P tot =789.3 mmhg) mmhg V He = P V cost mmhg V He = 450 ml 950 mm di Hg V He = 450ml 950 mm Hg/789.3 mmhg = ml % He % 700

15 5) La tensione di vapore dell'acqua è, a 80 C, di 355 mm di Hg. Un recipiente di 100 ml contiene ossigeno saturo d'acqua a 80 C, la pressione totale del gas essendo di 760 mm di Hg. Il contenuto del recipiente viene pompato dentro un altro recipiente di 50 ml alla stessa temperatura. Quali saranno le pressioni parziali dell'ossigeno e del vapor d'acqua e la pressione totale, nello stato finale dell'equilibrio? Trascurate il volume dell'acqua di condensazione. P VH2O = 355 mmhg a 80 C P T = P O2 + P H2O = 760 mm Hg P O2 = = 405 mm Hg P 1 V 1 = P 2 V 2 P 1 = 405 mm Hg V 1 = 100 ml V 2 = 50 mm Hg P 2 =? PV P2 810mmHg V 50 2 La pressione del vapore acqueo non cambia: P T = = 1165 mm Hg

16 6) Quanti grammi di KClO 3 sono necessari per preparare 18 litri di ossigeno raccolti su acqua a 22 C e 760 mm di Hg? La tensione di vapore dell'acqua, a 22 C, è 19.8 mm di Hg. 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 Calcolo moli P O2 = ,8 = 740,2 mm Hg T = = 295 K n PV RT n 740, , ,725 moli moli KClO 3 = 2/3 moli O 2 = 2/3 0,725= 0,48 moli g KClO 3 = moli Pm = 0,48 ( , ) = 58,32

17 8) Un campione di 100 g di zinco puro al 95% è trattato con acido cloridrico. Che volume di idrogeno si produce: (a) in condizione normali, (b) a 30 C e 768 mm Hg? Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Pa Zn = 65,4 moli Zn = moli di H 2 moli Zn = 95 / 65,4 = 1,45 moli moli H 2 = V(lt) / 22.4 lt V= moli 22,4 = 32,48 lt T 1 = 273 K P 1 = 760 mm Hg V 1 = 32,48 T 2 = = 303 K P 2 = 768 mm Hg V 2 =? Il numero di moli è uguale n 1 = n 2 P1 V1 T1 T2 P ; V2 V1 32,48 P V T T P ,67 lt

18 9) Se 2.96 g di cloruro mercurico vengono vaporizzati in un pallone da 1.00 litri a 680K, la pressione risultante è di 458 mm. Qual è il peso molecolare e la formula molecolare del vapore di cloruro mercurico? 2,96 g di composto V = 1,00 l T = 680 K P = 458 mm Hg PV = nrt PV = ( g/pm ) RT Pa Cl = 35,5 Pa Hg = 200,6 P m g PV RT 2,960, ,9 g m Formula possibile 2 35,5+ 200,6 = 271,6 Formula HgCl 2