Comportamento dei gas da un punto di vista macroscopico

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1 GAS Può essere compresso facilmete Esercita ua pressioe sul recipiete No ha forma propria è volume proprio Occupa tutto il volume dispoibile Due gas diffodoo facilmete uo ell altro Tutti i gas hao basse desità aria g/ml acqua 1.00 g/ml ferro 7.9 g/ml

2 Il gas ideale è u gas composto: da atomi elemetari che o iteragiscoo uo co l altro; Le particelle si trovao i uo stato di caos; Gli urti fra le particelle soo di tipo elastico; Il volume delle particelle è trascurabile rispetto al volume a disposizioe. Stato gassoso

3 Stato gassoso Il gas ideale, i atura o esiste, però alcui gas come l idrogeo o l elio, si approssimao bee al comportameto del gas perfetto; ioltre si può cosiderare ideale u gas altamete rarefatto. I gas ideali ubbidiscoo a leggi molto semplici, per cui è possibile studiare facilmete il comportameto, dopodichè, facedo riferimeto ai gas reali, sarà opportuo adattare i risultati che si otterrebbero co u gas perfetto, itroducedo le opportue variati.

4 Comportameto dei gas da u puto di vista macroscopico Gli Esperimeti mostrao che 4 variabili (di cui solo 3 idipedeti) soo sufficieti a descrivere completamete il comportameto di u gas. Pressioe (P) olume () Temperatura (T) Numero di particelle () Lo studio dei gas e u eccellete esempio di metodo scietifico i azioe. Illustra come delle osservazioi possoo portare a dedurre delle leggi aturali, che a loro volta, possoo essere spiegate co dei modelli

5 Le tre leggi più importati che regolao il comportameto di u gas perfetto soo: I ogi caso per poter studiare u gas tramite le coordiate termodiamiche è ecessario teere costate ua per poter capire quale relazioe ci sia tra le altre due. i soo ioltre altre tre leggi che descrivoo il comportameto dei gas:

6 La legge di Boyle e Mariotte I ua trasformazioe isoterma di moli di u gas pressioe e volume soo gradezze iversamete proporzioali. P k

7 La Legge di Boyle P 1 1 P 2 2

8 Dov è la Legge di Boyle?

9 Grafico della Legge di Boyle

10 La I legge di Gay Lussac o Legge di Charles I ua trasformazioe isobara (P costate) di moli di u gas il volume aumeta all aumetare della T secodo ua relazioe lieare t T k ( + t ) 0 1 α Dove t è il volume alla temperatura geerica t, 0 è il volume alla temperatura t 0 0 C, α è la costate che per tutti i gas vale 1/273 K -1 tt-t 0 è la variazioe di temperatura.

11 La I legge di Gay Lussac (m 3 ) C T (K)

12 La Legge di Charles I pallocii, messi i azoto liquido a 77 K dimiuiscoo il loro volume. A temperatura ambiete, gradualmete ripredoo il loro volume.

13 La legge di Gay Lussac I ua trasformazioe isocora ( costate) di moli di u gas la pressioe aumeta all aumetare della temperatura secodo ua relazioe lieare. Pt P T k ( + t ) P 1 α 0 Dove p t è la pressioe alla temperatura geerica t, p 0 è la pressioe alla temperatura t 0 0 C, α è la costate che per tutti i gas vale 1/273 K -1 e tt-t 0 è la variazioe di temperatura.

14 La legge di Gay Lussac P(atm) T (K)

15 Dov è la Legge di Gay Lussac

16 olume molare i codizioi stadard Nel caso delle sostaze allo stato aeriforme Avogadro dimostrò che ua mole di gas occupa sempre lo stesso volume se temperatura e pressioe restao costati. Il volume occupato da ua mole gas alla temperatura di 0 C ed alla pressioe di 1 atm (queste codizioi soo dette codizioi stadard) è sempre di 22,414 l.

17 E ua cosegueza delle tre leggi aalizzate fiora, che è possibile sitetizzare i u uica relazioe valida i ogi situazioe, purché o avvegao reazioi chimiche e o ci siao cambiameti di stato. Cosideriamo ua mole di gas ideale : codizioi iiziali P o (1 atm) o (22,214 l) 0 C dopo u'isoterma P' 0 C dopo u'isocora P t C

18 Dopo la trasformazioe isoterma si può scrivere: P o o P Dopo la trasformazioe isocora si avrà: Quidi: P P o (1+αt) P P o (1+αt) o (1+αt) Poiché: P Po o (1+αt) t( C) T (K)-273

19 P Po o (1+ T 273 ) 273 P P P P Poo 273 T 1( atm) 22,414( l) 273( K) EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI T Per moli di gas R 0, 0821 l atm mole K Costate uiversale dei gas

20 P i azioe Negli Airbag il gas viee geerato dalla decomposizioe della Sodio Azide: 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 Calcolare il volume di Azoto geerato a 21 o C e 823 mm Hg dalla decomposizioe di 60.0 g di NaN 3.

21 Pricipio di Avogadro olumi eguali di gas diversi, a parità di pressioe e temperatura, cotegoo lo stesso umero di molecole. Dati due gas di volume rispettivamete 1 e 2 si avrà: P P Il umero di moli dei gas sarà rispettivamete: P1 P2 1 ; Poiché 1 2 e segue che 1 2

22 Pricipio di Avogadro Se i volumi di gas soo misurati alle stesse codizioi di P e T il volume può essere adoperato come misura della quatità di sostaza, a cui esso è proporzioale

23 La pressioe esercitata da u miscuglio gassoso è pari alla somma delle pressioi parziali ovvero della pressioe che ciascu gas eserciterebbe da solo occupado lo stesso volume el miscuglio. + I gas i miscela si comportao come se occupassero da soli u dato volume, si ha cioè che la pressioe parziale di u gas o ifluisce su quella di u altro.

24 Per A moli di u gas occupao u recipiete di volume ad ua certa P e T si ha: P A A Aalogamete se il recipiete è occupato da B moli di u gas alla stessa P e T si ha: P B La pressioe totale esercitata dai gas sarà: B P PA + PB ( A + B )

25 I geerale, per più di 2 gas si ha: P P P P tot i B A i B A )... (... Dividedo P A e P B per P totale el caso dei due gas: ) ( ) ( B A A B A A A P P + + Aalogamete per il gas B: ( B ) A B B P P +

26 I geerale : Quidi: i tot χ 0 1 i χ i Frazioe molare P A χ A P P B χ B P

27 La legge di Hery esprime la solubilità di u gas i u liquido. La solubilità (moli/l) di u gas i u liquido, a T costate, è direttamete proporzioale alla sua pressioe parziale s K P K f (tipo di liquido, temperatura)

28 T costate Z P Fattore di compressibilità per1 mole di gas Gas reale ha u volume proprio Esistoo iterazioi fra le particelle del gas

29 gas ideale gas reale volume dispoibile sigola molecola b b covolume

30 gas ideale gas reale forze itermolecolari attirao molecole periferiche verso l'itero P gas ideale > P gas reale Pi P + a 2

31 equazioe di a der Waals ( a Moltiplichiamo i termii i paretesi: b ) ( P + 2 ) P P Pb a Pb Dividedo per etrambi i membri + + ab 2 a + ab 2 P 1 + Pb a + ab 2

32 P Pb a ab 2 ab 2 Trascurabile all itero dell equazioe P > 1 quado Pb > a P < 1 quado Pb < a

33 T costate Prevale l effetto del covolume Prevale l effetto dell iterazioe

34 Diagramma di Adrews p T c temperatura critica gas p c T > T c liquido vapore T c o vapore saturo c T < T c