CHIMICA FISICA I. Le leggi dei gas
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- Rosangela Giacinta Ippolito
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1 A.A Corso di Laurea in CHIMICA INDUSTRIALE CHIMICA FISICA I Le leggi dei gas Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 1
2 Un sistema ostituito da un gas puro si omporta in maniera ira uguale per molti diversi gas. Per desrivere lo stato di un sistema ostituito da un gas (puro, 1 omponente) servono T,P,V,n.. Tuttavia esistono equazioni di stato he legano tra loro queste variabili: Legge di Boyle:. T, n ostanti Legge di Gay-Lussa:.. P, n ostanti V, n ostanti Prinipio di Avogadro : volumi uguali di gas diversi nelle stesse ondizioni di pressione e temperatura ontengono lo stesso numero di moleole. Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 2
3 Queste leggi sono riassunte nella EQUAZIONE (LEGGE) DEI GAS PERFETTI O DEI GAS IDEALI R è una ostante detta ostante dei gas, he vale: Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 3
4 Un gas perfetto è un gas dal omportamento ideale, he non dipende dalla sua natura. Normalmente i gas reali seguono la legge dei gas perfetti solo in ondizioni pressione he tende a zero (omportamento limite) Diagramma di stato dei gas perfetti La superfiie blu rappresenta gli stati possibili Le urve rappresentano trasformazioni isobare (P=ostante.) Isoore (V=ostante) Isoterme (T=ostante) Un gas perfetto è ostituito da partielle (atomi o moleole) prive di interazioni tra loro : modello a partielle puntiformi non interagenti. Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 4
5 Un gas reale non segue la legge dei gas ideali a alte pressioni e basse temperature. La ausa delle deviazioni dalla idealità sono le interazioni tra le moleole (atomi) del gas. A distanze medie elevate (basse pressioni) prevalgono termini attrattivi A distanze medie orte (alte pressioni) prevalgono termini repulsivi A pressione molto bassa la distanza media tra le moleole è grande e le interazioni sono trasurabili: omportamento da gas perfetto Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 5
6 Un parametro he desrive la deviazione dal omportamento ideale dei gas è il fattore di omprimibilità (o ompressibilità ) Z: Z = PV RT m Che si può anhe srivere: V m = volume molare = V Z = V 0 V m = volume molare del gas ideale = m 0 m RT P Per un gas ideale Z=1. I gas reali possono avere sia Z >1 he Z<1: A P elevate: Z >1 ioè V m > V 0 a ausa delle interazioni repulsive tra moleole (atomi) A P intermedie si ha spesso Z<1 : prevalgono interazioni attrattive tra moleole (atomi) V n Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 6
7 GAS REALI Il omportamento non ideale (es: CO2) si osserva anhe nelle urve isoterme: per un gas ideale sono iperboli. Il gas reale segue l andamento ideale solo a T elevate. Si ha una zona di deviazione dalla idealità (area azzurra) nella quale la riduzione di volume non ausa aumento di pressione (retta CDE) ma liquefazione del gas. Al punto segnato in rosso (L isoterma a 31 C per CO2) si ha il punto ritio: massima T (T) e massima P (P) alle quali si ha oesistenza liquido-gas. T, V (volume molare ritio) e P definisono il punto ritio aratteristio di ogni gas. Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 7
8 Aluni esempi di valori delle ostanti ritihe dei gas Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 8
9 EQUAZIONE DI STATO DEI GAS REALI Esistono molte equazioni di stato approssimate per i gas reali. Equazione del viriale PV m B C = RT Vm Vm Dove B, C, sono il primo, seondo, oeffiiente del viriale. Dipendono dal gas onsiderato e dalla temperatura Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 9
10 Equazione di van der Waals P nrt = a V nb RT a = V b 2 m V m a,b sono oeffiienti di van der Waals, he dipendono dal gas in esame. n V 2 Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 10
11 Equazione di van der Waals P RT = V b 2 m V m Signifiato dei due oeffiienti a e b: a è un termine he onsidera le interazioni attrattive tra le moleole di gas: il termine a/v m2 diminuise la pressione effettiva a b è un volume esluso (volume totale delle moleole) e quindi V-b è il volume effettivo. Per T elevate il seondo termine a destra è trasurabile (interazioni intermoleolari trasurabili). Se anhe b è piolo (moleole puntiformi) si ritorna al aso del gas ideale. Si possono riavare le relazioni he legano a e b alle ostanti ritihe: V b P a 27b 3 = = 2 = T a 27Rb Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 11
12 Si usa spesso onsiderare variabili di stato ridotte : sono variabili di stato rapportate ad un valore di riferimento e rese quindi adimensionali. Per i gas si usano i parametri ritii ome valori di riferimento e si definisono: Pressione ridotta p = r P P Volume ridotto V = r V V Adimensionali Temperatura ridotta T = r T T Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 12
13 La ompressibilità al punto ritio è definita da: Z = PV RT Dai dati sperimentali si osserva he i valori di Z sono molto simili tra gas diversi Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 13
14 Usando variabili ridotte si possono onfrontare meglio i omportamenti di diversi gas. Si evidenzia la similitudine di omportamento: Variabili non ridotte Variabili ridotte Temperature ridotte T=273K Lezioni di Chimia Fisia I A.A Leggi dei gas - Pagina 14
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