Presentazione a cura di Valentino Galafate LEGGI DEI GAS IDEALI Leggi di Boyle e Charles Gay-...

Presentazione a cura di Valentino GalPresentazione a cura di Valentino Galafateafate

LEGGI DEI GAS IDEALILEGGI DEI GAS IDEALI

Leggi di Boyle e Charles Gay-Leggi di Boyle e Charles Gay-LussacLussac


Teoria dei gas perfettiTeoria dei gas perfetti

Lo stato gassoso è un Lo stato gassoso è un particolare stato di particolare stato di aggregazione della aggregazione della materia in cui le particelle materia in cui le particelle della sostanza sono della sostanza sono disperse in modo non disperse in modo non ordinato e non risentono ordinato e non risentono delle rispettive attrazioni delle rispettive attrazioni come negli altri stati di come negli altri stati di aggregazione. aggregazione. I gas non I gas non hanno forma propria, ne hanno forma propria, ne volume proprio.volume proprio.


Teoria dei gas perfettiTeoria dei gas perfettiLe proprietà di un gas ideale :Le proprietà di un gas ideale : - Le particelle del - Le particelle del gas idealegas ideale non hanno non hanno

dimensioni, e quindi sono dimensioni, e quindi sono prive di prive di massamassa: le particelle del gas risultano : le particelle del gas risultano così pure astrazioni geometriche.così pure astrazioni geometriche.

- Il - Il gas idealegas ideale quindi quindi riempie veramente riempie veramente tutto il volume del suo recipientetutto il volume del suo recipiente, , mentre il gas reale non lo occupa mentre il gas reale non lo occupa tutto perché una parte è occupato dal tutto perché una parte è occupato dal volume delle particelle stesse. volume delle particelle stesse.

- Il - Il gas idealegas ideale è comprimibile all'infinito è comprimibile all'infinito (V=0).(V=0). Le particelle che lo Le particelle che lo compongono non interagiscono (nel compongono non interagiscono (nel senso che non reagiscono senso che non reagiscono chimicamente) tra di loro. chimicamente) tra di loro.

- Le particelle del - Le particelle del gas idealegas ideale si si muovono di moto rettilineo uniformemuovono di moto rettilineo uniforme urtandosi tra di loro e urtando le urtandosi tra di loro e urtando le pareti del recipiente: ciò si spiega pareti del recipiente: ciò si spiega ricordando che non c'è interazione tra ricordando che non c'è interazione tra le particelle. le particelle. Gli urti sono elastici, Gli urti sono elastici, quindi non si perde energia quindi non si perde energia


Legge di Boyle o isotermaLegge di Boyle o isoterma

Per una certa massa di gas a temperatura costante, il Per una certa massa di gas a temperatura costante, il prodotto del volume del gas V per la sua pressione P prodotto del volume del gas V per la sua pressione P è costante.è costante.

Cioè per una certa massa di gas a temperatura Cioè per una certa massa di gas a temperatura costante, le pressioni sono inversamente costante, le pressioni sono inversamente proporzionali ai volumi.proporzionali ai volumi.

In figura si nota la compressione di un gas in un cilindro In figura si nota la compressione di un gas in un cilindro mediata da un liquido:mediata da un liquido:

A: pistoneA: pistoneB:testa del pistoneB:testa del pistoneC:cilindroC:cilindroD:liquido di conduzioneD:liquido di conduzioneE: membrana liquido-gasE: membrana liquido-gasF:gas da comprimereF:gas da comprimere KVP KT )(


Legge di BoyleLegge di Boyle

Quello che si ottiene Quello che si ottiene durante la durante la compressione di un gas compressione di un gas a temperatura costante a temperatura costante è l’aumento della sua è l’aumento della sua pressione, in quanto la pressione, in quanto la relazione relazione

deve sempre restituire deve sempre restituire una costante. Il grafico una costante. Il grafico formato non può che formato non può che essere una essere una iperbole iperbole equilateraequilatera

KVP KT )(


Prima legge di Charles Gay-Prima legge di Charles Gay-Lussac o IsobaraLussac o Isobara

La La prima legge di Gay-prima legge di Gay-LussacLussac, nota anche , nota anche come come legge di legge di CharlesCharles e e legge di legge di Volta Gay-LussacVolta Gay-Lussac, , afferma che in afferma che in condizioni di condizioni di pressionepressione costante il costante il volumevolume di di un un gasgas aumenta aumenta linearmente con la linearmente con la temperaturatemperatura. .

http://it.wikipedia.org/wiki/Pressione

http://it.wikipedia.org/wiki/Volume

http://it.wikipedia.org/wiki/Gas

http://it.wikipedia.org/wiki/Temperatura


Prima legge di Charles Gay-Prima legge di Charles Gay-Lussac o IsobaraLussac o Isobara

Di conseguenza possiamo affermare che il grafico che otterremo Di conseguenza possiamo affermare che il grafico che otterremo sarà un grafico che esprime una relazione lineare, quindi sarà un grafico che esprime una relazione lineare, quindi rappresentabile con una retta non passante per l’origine rappresentabile con una retta non passante per l’origine degli assi cartesiani. Indicando con degli assi cartesiani. Indicando con VV0 il volume del gas alla 0 il volume del gas alla temperatura di 0°C e con temperatura di 0°C e con VV((TT) il volume ad una temperatura ) il volume ad una temperatura TT>0, questa legge è espressa >0, questa legge è espressa matematicamentematematicamente dalla dalla relazione:relazione:

Dove il parametro Dove il parametro αα è detto è detto coefficiente di espansione dei gascoefficiente di espansione dei gas e e vale per tutti i gas circa 3.663 · 10vale per tutti i gas circa 3.663 · 10 -3-3 °C °C -1-1..

αα rappresenta quindi l'aumento di volume subito da un volume rappresenta quindi l'aumento di volume subito da un volume unitario di gas quando la sua temperatura aumenta di 1°C. unitario di gas quando la sua temperatura aumenta di 1°C. Ad esempio, se la temperatura del gas aumenta da 0 a Ad esempio, se la temperatura del gas aumenta da 0 a 100°C, il volume del gas a 100°C è 100°C, il volume del gas a 100°C è VV(100) = (100) = VV0(1+0.3663) 0(1+0.3663) =1.3663 =1.3663 VV0; il volume del gas aumenta cioè del 36% circa.0; il volume del gas aumenta cioè del 36% circa.

Se la temperatura viene ridotta a valori inferiori a 0°C, allora il Se la temperatura viene ridotta a valori inferiori a 0°C, allora il volume volume VV((TT) viene proporzionalmente ridotto; l') viene proporzionalmente ridotto; l'equazioneequazione prevede che prevede che il volume il volume VV si annulli in corrispondenza di una si annulli in corrispondenza di una temperatura temperatura TT=-1/=-1/αα= -273.15 °C= -273.15 °C. Tale temperatura è detta . Tale temperatura è detta zero assolutozero assoluto.In realtà la maggior parte dei gas si liquefa .In realtà la maggior parte dei gas si liquefa prima di giungere a tale temperatura: l'prima di giungere a tale temperatura: l'azotoazoto a -196 °C, l' a -196 °C, l'idrogenoidrogeno a -253°C. a -253°C.

)1()( 0 TVTV

V

T

-273.15°C

http://it.wikipedia.org/wiki/Matematica

http://it.wikipedia.org/wiki/Equazione

http://it.wikipedia.org/wiki/Zero_assoluto

http://it.wikipedia.org/wiki/Azoto

http://it.wikipedia.org/wiki/Idrogeno


Seconda legge di Charles Gay-Seconda legge di Charles Gay-Lussac o IsocoraLussac o Isocora

riscaldando un gas a volume costante si provoca un aumento della pressione; per ogni grado centigrado di temperatura la pressione aumenta di 1/273 della pressione che il gas esercitava a 0 °C " ovvero:

Dove: P0 pressione a 0 °C, PT = pressione a T °C =1/273.

)1(0 TPP T


Seconda legge di Charles Gay-Seconda legge di Charles Gay-Lussac o IsocoraLussac o Isocora

Di conseguenza avremo Di conseguenza avremo un grafico che ricalca un grafico che ricalca il precedente in il precedente in quanto la variazione quanto la variazione della pressione e della pressione e della temperatura si della temperatura si presenta presenta linearelineare, , raggiungendo raggiungendo pressione teorica 0 a pressione teorica 0 a -273.15°C ovvero 0°K-273.15°C ovvero 0°K

P

T

-273.15°C


Legge sulla velocità di Legge sulla velocità di diffusione dei gasdiffusione dei gas

I gas, proprio per la loro caratteristica di I gas, proprio per la loro caratteristica di non avere ne forma ne volume proprio non avere ne forma ne volume proprio tendono a occupare tutto lo spazio che tendono a occupare tutto lo spazio che hanno a disposizione, ma hanno a disposizione, ma non tutti i gas non tutti i gas si muovono alla stessa velocitàsi muovono alla stessa velocità……


Legge sulla velocità di Legge sulla velocità di diffusione dei gasdiffusione dei gas

In effetti la velocità con cui si muove un gas è definita dalla legge di Graham che In effetti la velocità con cui si muove un gas è definita dalla legge di Graham che enuncia: enuncia: Le velocità di diffusione di due gas, ad identiche condizioni di Le velocità di diffusione di due gas, ad identiche condizioni di temperatura e pressione, sono inversamente proporzionali alle radici temperatura e pressione, sono inversamente proporzionali alle radici quadrate delle loro densitàquadrate delle loro densità

Dove V1 e V2 sono i volumi dei due gas mentre Dove V1 e V2 sono i volumi dei due gas mentre rappresenta la densità rappresenta la densità rispettivamente dei due gas.rispettivamente dei due gas.

Per quanto ci interessa noi vogliamo calcolare solo la velocità di diffusione di due Per quanto ci interessa noi vogliamo calcolare solo la velocità di diffusione di due gas che si muovono in direzioni opposte all’interno di un tubo di vetro, e gas che si muovono in direzioni opposte all’interno di un tubo di vetro, e quindi useremo la formula classica della velocità:quindi useremo la formula classica della velocità:

2121 :: VV

)(

)(

s

cm

T

SV


Materiali e sostanze Materiali e sostanze utilizzateutilizzateDurante questa esperienza Durante questa esperienza

di laboratorio verremo a di laboratorio verremo a contatto con diversi contatto con diversi pericoli:pericoli:

Il fuocoIl fuoco: fare attenzione al : fare attenzione al bruciatore bunsenbruciatore bunsen

Il mercurioIl mercurio: fare : fare attenzione a non attenzione a non causare causare accidentalmente perdite accidentalmente perdite di mercurio dalle di mercurio dalle apparecchiatureapparecchiature


Pericolosità del mercurioPericolosità del mercurio

Allo stato puro liquido, il mercurio è solo leggermente tossico; Allo stato puro liquido, il mercurio è solo leggermente tossico; i suoi vapori, i suoi sali e i suoi composti invece sono tutti i suoi vapori, i suoi sali e i suoi composti invece sono tutti molto velenosi e provocano molto velenosi e provocano danni diretti al fegato e al danni diretti al fegato e al sistema nervoso centralesistema nervoso centrale, , sia per inalazione che per sia per inalazione che per ingestione o per semplice contatto fisicoingestione o per semplice contatto fisico. Il pericolo . Il pericolo principale posto dal mercurio liquido è che in condizioni principale posto dal mercurio liquido è che in condizioni ambientali standard (STP) tende a formare ossido (II) di ambientali standard (STP) tende a formare ossido (II) di mercurio, e mercurio, e se viene fatto cadere o agitato forma una serie se viene fatto cadere o agitato forma una serie di goccioline finissime,aumentando molto la superficie di goccioline finissime,aumentando molto la superficie esposta all'ariaesposta all'aria e accelerando il processo. Inoltre, se e accelerando il processo. Inoltre, se ingerito forma composti organici all'interno ingerito forma composti organici all'interno dell'organismo,soprattutto metilmercurio, che si concentra dell'organismo,soprattutto metilmercurio, che si concentra negli organismi viventi seguendo la catena alimentare e negli organismi viventi seguendo la catena alimentare e raggiunge concentrazione pericolose nelle specie al vertice raggiunge concentrazione pericolose nelle specie al vertice della piramide, come il tonno. della piramide, come il tonno.


Esperienza di BoyleEsperienza di Boyle

• Tarare lo strumento in modo che la Tarare lo strumento in modo che la pressione sia uguale in entrambi i pressione sia uguale in entrambi i bracci dello strumentobracci dello strumento

• Stringere la vite del braccio sinistro e Stringere la vite del braccio sinistro e muovere di una quantità nota il muovere di una quantità nota il braccio destrobraccio destro

• Annotare le variazioni di pressione Annotare le variazioni di pressione del braccio sinistrodel braccio sinistro


Esperienza di Charles Gay-Esperienza di Charles Gay-LussacLussac

• Misurare la temperatura del sistema Misurare la temperatura del sistema all’equilibrioall’equilibrio

• Accendere il bunsenAccendere il bunsen

• Annotare in base alla temperatura la Annotare in base alla temperatura la variazione di volumevariazione di volume


Esperienza di Charles Gay-Esperienza di Charles Gay-LussacLussac

• Misurare la temperatura del sistema Misurare la temperatura del sistema all’equilibrioall’equilibrio

• Accendere il bunsenAccendere il bunsen

• Annotare in base alla temperatura la Annotare in base alla temperatura la variazione di pressionevariazione di pressione


Calcolo della velocità di Calcolo della velocità di diffusione di un gasdiffusione di un gas

• Bagnare due tamponi di cotone con acido Bagnare due tamponi di cotone con acido cloridrico concentrato e ammoniacacloridrico concentrato e ammoniaca

• Disporre i due tamponi ai lati di un tubo di Disporre i due tamponi ai lati di un tubo di vetro e far partire il cronometrovetro e far partire il cronometro

• Fermare il cronometro appena si vede la Fermare il cronometro appena si vede la formazione del cloruro di ammonio lungo formazione del cloruro di ammonio lungo le pareti del tubole pareti del tubo

• Annotare il tempo e misurare la distanza Annotare il tempo e misurare la distanza dei due tamponi dal punto di reazionedei due tamponi dal punto di reazione

• Calcolare la velocità di diffusione del gasCalcolare la velocità di diffusione del gas


AL LAVORO!AL LAVORO!

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