Capitolo 5 - I gas Flashcards
proprietà dei gas
assumono il volume e la forma dei loro contenitori
più comprimibile degli stati di materia
si mescolano completamente e in modo omogeneo se costretti in un medesimo contenitore
densità inferiore rispetto ai liquidi e ai solidi
gas
è una sostanza che normalmente si trova allo stato gassoso a temperatura e a pressione ordinarie. il vapore è la forma gassosa di qualunque sostanza, che a temperatura e pressione standard, tende spontaneamente a trasformarsi in liquido o solido. di conseguenza, a 25°C e 1 atm, noi parliamo di vapore acqueo e di ossigeno gassoso
newton (N)
unità di misura SI della forza
1 N = 1 kg m/s^2
pressione
forza applicata per unità di superficie
pressione = forza/area
unità di misura: pascal (Pa)
pressione atmosferica
è la pressione esercitata dall’atmosfera della terra - forza percepita da una qualsiasi area esposta all’atmosfera terrestre è uguale al peso della colonna d’aria che si trova sopra - gli atomi e le molecole dei gas costituiscono l’atmosfera, come quelli di tutta la materia, sono soggetti all’attrazione gravitazionale della terra - la densità dell’aria decresce rapidamente mano a mano che ci si allontana dalla terra
pressione dell’aria
conseguenza delle collisioni tra le molecole d’aria e una qualsiasi superficie con cui vengano a contatto - l’entità della pressione dipende da quanto spesso e con che forza le molecole urtano la superficie. ciò che emerge è che il numero di molecole che colpisce il foglio da sopra coincide con il numero di molecole che lo urta da sotto, e dunque il foglio rimane piatto
barometro
strumento più familiare per la misurazione della pressione atmosferica
pressione atmosferica standard (1 atm)
equivale alla pressione che bilancia una colonna di mercurio alta esattamente 760mm a 0°C sul livello del mare
manometro
è uno strumento utilizzato per misurare la pressione dei gas che non siano nell’atmosfera - due tipi: il manometro a tubo chiuso viene utilizzato normalmente per misurare pressioni al di sotto si quella atmosferica, mentre il manometro a tubo aperto è più adatto a misurare pressioni uguali o maggiori di quella atmosferica - l’altezza del liquido in una colonna è inversamente proporzionale alla densità del liquido (permette di costruire barometri e manometri piccoli)
legge di boyle
relazione che intercorre tra pressione e volume
la pressione di una data quantit àdi gas mantenuta a temperatura costante è inversamente proporzionale al volume del gas
ci dice che il prodotto della pressione per il volume di un gas a temperatura e quantità di gas costanti è una costante
charles e gay-lussac
a pressione costante, il volume di un campione di gas si espande se scaldato e di contrae se raffreddato
possiamo misurare il volume di un gas solamente in un intervallo limitato di temperature, perché tutti i gas condensano a basse temperature per formare i liquidi
zero assoluto
-273.15°C
la più bassa temperatura teoricamente ottenibile
scala di temperatura assoluta (o scala di temperatura kelvin)
lo zero assoluto è il punto di partenza
legge di charles e gay-lussac
il volume di una data quantità di gas mantenuta a pressione costante è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta del gas
avogadro
pubblicò un’ipotesi secondo la quale alla stessa temperatura e pressione, volumi uguali di gas differenti contengono lo stesso numero di molecole (o atomi se il ga è monoatomico)
legge di avogadro
a pressione e temperatura costanti, il volume di un gas è direttamente proporzionale al numero di moli di gas presenti
gas ideale
è un ipotetico gas per cui il comportamento della pressione, del volume e della temperatura può essere descritto perfettamente dall’equazione dei gas ideali
l’equazione dei gas ideali può essere utilizzata per calcolare la densità e la massa molare delle sostanze gassose
condizioni normali
condizioni a 0°C e 1 atm
pressione parziale
pressione che eserciterebbe un gas all’interno di una miscela gassosa se fosse presente da solo
i lmetodo più diretto per misurare le pressioni parziali è usare uno spettrometro di massa. le intensità relative dei picchi in uno spettro di massa sono direttamente proporzionali alle quantità, e quindi alle frazioni molari, dei gas presenti
legge delle pressioni parziali di dalton
la pressione totale di una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni parziali dei gas che lo compongono
la pressione parziale dell’iesimo componente sarà collegata alla pressione totale
frazione molare
quantità adimensionale che esprime il rapporto tra il numero di moli di un componente e il numero di moli di tutti i componenti presenti
joule
unità di misura SI dell’energia
energia = lavoro fatto = forza per spostamento
energia cinetica
tipo di energia che un corpo possiede per il fatto di essere in movimento
teoria cinetica molecolare dei gas (teoria cinetica dei gas)
una serie di generalizzazione sul comportamento dei gas
1. un gas è composto da molecole che sono separate tra loro da distanze molto più grandi delle loro dimensioni
2. sono in costante movimento in direzioni casuali
3. non esercitano né forza attrattive né forze repulsive tra loro
4. l’energia cinetica media delle molecole è proporzionale alla temperatura del gas in kelvin
il movimento molecolare casuale è anche detto movimento termico
applicazione alle leggi dei gas
comprimibilità dei gas: i gas possono essere compressi facilmente per occupare meno volume
la legge di boyle: la frequenza di collisione, o il numero di collisioni molecolari sulle pareti per secondo, è proporzionale alla densità del gas (cioè al numero di molecole per unità di volume) - la pressione di un gas è inversamente proporzionale al volume che occupa
la legge di charles: un innalzamento della temperatura porta a un aumento dell’energia cinetica media
legge di avogadro: alla stessa pressione e alla stessa temperatura, uguali volumi di gas, contengono ugual numero di molecole a prescindere dal tipo di gas
legge delle pressioni parziali di dalton: la pressione totale è data dalla somma delle pressioni singole dei gas
distribuzione delle velocità molecolari
curve della distribuzione delle velocità di maxwell
il picco di curva rappresenta la velocità più probabile
velocità quadratica media
la velocità quadratica media di un gas aumenta con la radice quadrata della sua temperatura (in kelvin) - più pesante è il gas, più lentamente si muovono le sue molecole
diffusione
il graduale mescolamento delle molecole di un gas con le molecole di un altro in virtù delle loro proprietà cinetiche
la diffusione dei gas avviene sempre gradualmente, e non quasi istantaneamente come le elevate velocità molecolari ci indurrebbero a pensare
effusione
è il processo per cui un gas sotto pressione si sposta da un compartimento di un contenitore a un altro passando attraverso una piccola apertura
legge di effusione di graham
nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, le velocità di effusione per i gas sono inversamente proporzionali alla radice quadrata delle loro masse molari
comportamento ideale
- le molecole allo stato gassoso non esercitano alcuna forza l’una sull’altra, né attrattiva né repulsiva
- il volume delle molecole sia trascurabile confrontato con quello del contenitore
deviazione del comportamento ideale
le forze intermolecolari possono essere così significative da condizionare il moto delle molecole, e il gas non si comporterà idealmente
un altro modo per osservare il comportamento non ideale dei gas è abbassare la temperatura
per studiare i gas reali in modo accurato abbiamo bisogno di modificare l’equazione dei gas ideali, tenendo in considerazione le forze intermolecolari e i volumi finiti delle molecole
interazione intermolecolare
dà origine al comportamento non ideale
dipende da quanto frequentemente due molecole arrivino a stretto contatto l’una con l’altra
equazione di van der waals
mette in relazione P, V, T e n per un gas non ideale
