Lo stato gassoso gas. Caratteristiche dello stato gassoso. liquido. solido. assenza di volume proprio forma fluida

Transcript

1 Lo stato gassoso gas liquido solido assenza di volume proprio forma fluida Caratteristiche dello stato gassoso Capacità di occupare tutto lo spazio a disposizione Distanze molto grandi tra le particelle Interazioni molto deboli tra le particelle articelle in movimento continuo e disordinato Miscibilità totale ( sempre una sola fase )

2 ressione roprietà di un gas: Volume emperatura ressione = forza / superficie Barometro di orricelli XVII secolo Unità di misura: atmosfera standard (atm) mm di Hg o torr (S.I.) pascal (a) atm = 760 torr atm =.03 * 0 5 a Volume Unità di misura: (S.I.) metro cubo (m 3 ) litro (L), ml, ml emperatura Unità di misura = gradi centigradi ( C) gradi Kelvin (K) litro = dm litri = m 3 (K) = t( C)

3 Legge di Boyle (67-69) Chimica Generale e Inorganica Relazione tra ressione e Volume di un gas a emperatura costante A temperatura costante, volume e pressione di un gas sono inversamente proporzionali V k (,n) V V V33

4 Leggi di Charles (787) e Gay-Lussac (80) Chimica Generale e Inorganica Relazione tra Volume e emperatura a ressione costante Il volume di una massa di gas, a pressione costante, varia di /73,5 del volume V o (a 0 C) per ogni grado di temperatura V t V 0 ( t) (,n) 73.5 Coefficiente di dilatazione termica, uguale per tutti i gas Relazione tra ressione e emperatura a Volume costante La pressione di massa di gas, a volume costante, varia di /73,5 della pressione o (a 0 C) per ogni grado di temperatura t 0 ( t) (V,n)

5 Relazione tra Volume e emperatura a ressione costante minimo di temperatura teoricamente raggiungibile

6 Scala di temperatura assoluta: (K) = t( C) Chimica Generale e Inorganica

7 V = cost V V 0 V0 k Chimica Generale e Inorganica t 73.5 t V 0( t) V0 V0 V V k (, n) V V V 3 3 A pressione costante, volume e temperatura assoluta di un gas sono direttamente proporzionali Conoscendo V e iniziali possiamo calcolare V al variare di

8 er la pressione in funzione della temperatura assoluta a volume costante troviamo lo stesso risultato: k (V, n) k 3 3 A volume costante, pressione e temperatura assoluta di un gas sono direttamente proporzionali Conoscendo e iniziali possiamo calcolare al variare di

9 Legge di Avogadro (8) Chimica Generale e Inorganica Volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di e, contengono lo stesso numero di particelle ( atomi o molecole ) Volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di moli. V V = k n (, costanti) Il volume è proporzionale al numero di moli n Volume di una mole di gas? n moli A condizioni normali: = 0 C = atm V=.44 L

10 Legge generale di stato dei gas ideali (equazione di stato dei gas ideali) Legge di Boyle Legge di Charles e Gay Lussac V k V k k Moltiplicando tra loro primo e secondo termine: V k V0 0 0 V V k Calcolo la costante a 0 C V (.0000atm)(.44L) (73.5K) atml molk k R V R V R V nr

11 Applicazioni della legge generale di stato dei gas:. Note 3 variabili è possibile calcolare la quarta. er una data quantità di gas (n costante) 3. Calcolo della densità di un gas o del peso molecolare V nr V V n V R n V R m m d ( MM ) V R V d (MM) R (MM) d R

12 Miscele gassose: Legge di Dalton delle pressioni parziali La pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni parziali dei componenti della miscela p p p 3 p4 = ressione totale p i = ressione parziale In una miscela di gas ogni componente esercita la pressione che eserciterebbe se occupasse da solo il volume occupato dalla miscela pv n R pv nr V n R 3V n R V n R p p 3 p4 4 ( 3 3 p p p...) V ( n n n...) R V n tot R

13 Legge di Dalton espressa in frazioni molari V n R V n R p Chimica Generale e Inorganica p V V nr n R tot p n x ntot p x La frazione molare (x i ): rapporto tra le moli di un componente i di una miscela e le moli totali x A x B xi n A na n B n A nb n B Sistema a i componenti Sistema a componenti n n xi

14 Modello del gas ideale eoria cinetica dei gas. Volume delle particelle trascurabile rispetto al volume a disposizione (particelle puntiformi).. Moto rettilineo uniforme in tutte le direzioni, con tutte le velocità possibili. Movimento continuo e casuale. 3. Nessuna interazione attrattiva o repulsiva tra le particelle. 4. Urti elastici tra particelle e pareti del recipiente: l energia cinetica complessiva prima e dopo l urto non varia.

15 eoria cinetica dei gas Chimica Generale e Inorganica le proprietà dei gas possono essere spiegate con la velocità delle singole particelle (atomi o molecole) che compongono il gas La ressione esercitata da N molecole di un gas in un volume V secondo la teoria cinetica (cioè espressa in funzione della velocità): (impulso collisione) frequenza delle collisioni mv v N V 3 Nmv V La pressione esercitata da un gas è proporzionale al numero di molecole N, alla velocità media delle N molecole, alla loro massa, ed è inversamente proporzionale al volume.

16 L energia cinetica media (del moto traslazionale E t ) Chimica Generale e Inorganica 3 Nmv V V mv 3 N Inseriamo questa espressione nella formula dell energia cinetica media di una particella di gas E t mv 3V N 3nR N 3R N A n N N A Moltiplico per N A e ottengo l energia cinetica media traslazionale di una mole di gas: Et 3 R L energia cinetica media è proporzionale alla temperatura assoluta. La è una misura dell E t cinetica media e quindi della velocità media delle particelle.

17 E t mv 3R N A v 3 R mn A 3 R (MM) v La velocità media è direttamente proporzionale alla radice quadrata della temperatura v (MM) La velocità media è inversamente proporzionale alla radice quadrata della massa molare di una particella A parità di temperatura (cioè a parità di energia cinetica) un gas pesante ha una velocità media delle particelle inferiore rispetto a un gas leggero

18 Curva di distribuzione della velocità di Maxwell-Boltzmann Al crescere di :. aumenta la velocità più probabile v p. aumenta la velocità media 3. aumenta il numero delle particelle con velocità maggiore di un certo valore v. V p V media E Cin v N E = articelle con energia cinetica E* N E * N tot e * E R

19 La legge di stato per i gas reali: equazione di Wan der Waals Chimica Generale e Inorganica gas ideali V nr Volume delle particelle trascurabile. Assenza di interazioni attrattive o repulsive tra le particelle. gas reali misurata n a V V nb nr misurato Volume delle particelle non trascurabile. Interazioni attrattive o repulsive tra le particelle. a = intensità delle forze attrattive (cresce con la polarizzabilità della molecola) b = covolume, il volume di ingombro di una mole di gas (quattro volte il volume fisico)

20 Fattore di compressibilità V/R Chimica Generale e Inorganica I gas reali seguono la legge di stato dei gas solo a alta emperatura e bassa ressione Gas ideale V R,0 Bassa : le forze intermolecolari sono significative Le forze attrattive diminuiscono la pressione sulle pareti del recipiente Alta : il volume proprio delle molecole non è più trascurabile Il volume a disposizione del gas è minore di quello del recipiente

21 diminuire la emperatura aumentare la ressione Chimica Generale e Inorganica Liquefazione dei gas L aumento delle forze di interazione attrattive può dare origine alla fase liquida.

22 Diagramma di Andrews (,V) Ogni gas ha una emperatura Critica ( C ) caratteristica al di sopra della quale non può essere liquefatto per compressione. Boyle >3 C il gas si comporta da gas ideale. L isoterma è una iperbole equilatera (legge di Boyle). CO A <3 C il gas si comporta da gas reale e può essere liquefatto per compressione. : punto critico che corrisponde alla ressione Critica ( C ) e al Volume Critico (V C ).

23 I valori della temperatura critica e della costante a sono correlati. Forze attrattive (a) crescono con la massa molecolare. Alogeni a ambiente: F (gas), Cl (gas), Br (liquido), I (solido).