STATO GASSOSO. nel 1766 nel 1772 nel 1774

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1 STATO GASSOSO 1

2 STATO GASSOSO I gas furono le ultime sostanze ad essere identificate dal punto di vista chimico; infatti l idea dell esistenza di diversi tipi di gas si affermò solo lentamente. Scoperta di H 2 Scoperta di N 2 Scoperta di O 2 nel 1766 nel 1772 nel 1774 Nonostante ciò i gas furono le prime sostanze le cui proprietà fisiche furono spiegate in termini di leggi semplici. Caratteristica dei gas è quella di essere comprimibili e di non avere volume proprio. Lo stato gassoso è definito da 3 parametri: PRESSIONE VOLUME TEMPERATURA 2

3 Gas ideale o perfetto E costituito da molecole puntiformi, con volume trascurabile rispetto al volume del recipiente, e non interagenti tra loro. lim P 0 PVm T = cost PVm = RT PV = nrt 3

4 Legge di stato dei gas ideali PV = nrt dove: R = costante universale dei gas ideali = 0,0821 l atm K -1 mol -1 = 8,314 J K -1 mol -1 = 1,9872 cal K -1 mol -1 T (K) P (atm) V (l) n (mol) 4

5 LEGGE di BOYLE PV = cost (T, n = cost) 5

6 LEGGE di CHARLES (P, n = cost) V T = cost 6

7 LEGGE di GAY - LUSSAC P = T cost (V, n = cost) P V 1 V 2 V 1 < V 2 0 T (K) 7

8 LEGGE di AVOGADRO V n (T, P = cost) Ad una temperatura fissa, il volume occupato da un gas è direttamente proporzionale alla quantità (in moli) di gas. Per 2 gas che occupano lo stesso volume PV=n 1 RT e PV=n 2 RT n 1 = n 2 Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di T e P contengono lo stesso numero di molecole Quindi il volume occupato da una mole di qualsiasi gas dipende solo da P e T (se il gas è ideale). 8

9 Definendo come condizioni standard (STP - Standard Temperature and Pressure ) T = 0 C = 273,15 K P = 1 atm il volume occupato da una mole di qualsiasi gas diventa 1RT P V = = = V m = 22,414 l/mol Volume Molare 9

10 Riassumendo: Legge di Boyle: Legge di Charles: V 1 P V T (a T e n costanti) (a P e n costanti) Legge di Avogadro: V n (a P e T costanti) nt V = P R nt P

11 MISCELE di GAS L equazione di stato dei gas perfetti è valida per i gas puri e per i gas in miscela per due motivi: 1) i gas si miscelano in modo omogeneo 2) ogni gas presente in una miscela si comporta come se fosse l unico gas presente (se non intervengono reazioni chimiche). Il secondo punto fu scoperto da Dalton ed il comportamento delle miscele dei gas è ben descritto dalla LEGGE di DALTON: La pressione totale esercitata da una miscela di gas ideali è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli componenti P = p i i La pressione parziale di un gas (p i ) componente una miscela è la pressione che il gas eserciterebbe se occupasse da solo l intero volume. 11

12 p i Dato che = n i n n RT V n i = x i n PV = nrt p i = n dove n = n i nrt = V Quindi la legge di Dalton diventa: i RT V i P (moli totali) p i = x i P 12

13 GAS REALI In realtà le molecole non sono masse puntiformi ma possiedono un volume proprio; inoltre esistono delle interazioni tra le molecole. I GAS REALI si avvicinano al comportamento ideale a: bassa P (V grandi) alta T (lontano dalla temperatura di liquefazione) CH 4 13

14 GAS REALI CH 4 PV m = zrt z = PV RT m z = fattore di comprimibilità 14

15 GAS REALI Lo spazio libero lasciato in un recipiente da un gas reale è < di quello lasciato da un gas ideale, a causa dei volumi individuali delle molecole (effetto covolume). 1 mole di gas reale La pressione esercitata da un gas reale sulle pareti di un recipiente è minore, di una quantità P, di quella che eserciterebbe un gas ideale alla stessa T e per uno stesso V, a causa delle 15 attrazioni intermolecolari.

16 Per descrivere più accuratamente il comportamento dei gas reali bisogna correggere l equazione di stato dei gas ideali. (P + P) (V m - V) = RT EQUAZIONE di VAN DER WAALS 1) le molecole di gas hanno volume proprio: il volume disponibile per le molecole è inferiore a quello del recipiente V di una quantità V. V = b b = covolume 4 V molecola 2) nel gas reale esistono forze intermolecolari: alla pressione misurata P si sostituisce la pressione che il gas eserciterebbe se fosse ideale (P+ P) Il termine P è proporzionale alla densità del gas. P = cost ρ 2 = a/v m 2 a è una costante di proporzionalità diversa da gas a gas. 16

17 EQUAZIONE DI VAN DER WAALS P + a V m 2 ( V m b)= RT diventa piccolo per grandi V trascurabile per grandi V 17

18 GAS REALI T = 0 C = 273,15 K P = 1 atm Il volume per molecola nel gas corrisponde a un cubo di lato 33,4 Å. Soltanto una parte su 790 del volume per molecola è occupato. Grandezza relativa della molecola di CO2 e volume a disposizione per molecola in CO2 gassoso alle condizioni standard 18