Capitolo 6 Le leggi dei gas 1 Lo

1. Lo studio dei gas nella storia Nel 1630 fu usato per la prima

1. Lo studio dei gas nella storia Il primo scienziato a raccogliere una sostanza

1. Lo studio dei gas nella storia Nel Settecento si aprì un nuovo filone

1. Lo studio dei gas nella storia Nonostante per molti secoli si sia creduto

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare I gas dal punto di vista

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare Nel modello del gas perfetto le

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare Si può concludere che l’energia cinetica

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare I gas non hanno forma propria,

3. La pressione dei gas A livello macroscopico: Copyright © 2009 Zanichelli editore Le

3. La pressione dei gas A livello microscopico, per le particelle dei gas la

3. La pressione dei gas La pressione è l’effetto macroscopico complessivo degli urti delle

3. La pressione dei gas Oltre alla pressione, i fattori che influenzano il comportamento

4. La legge di Boyle o legge isoterma A temperatura costante, Boyle osservò nel

4. La legge di Boyle o legge isoterma Vedere video “Siringhe e legge di

4. La legge di Boyle o legge isoterma Riportando in un diagramma i valori

5. La legge di Gay-Lussac o legge isocora Sperimentalmente Gay-Lussac ha dimostrato che, a

5. La legge di Gay-Lussac o legge isocora Copyright © 2009 Zanichelli editore Le

5. La legge di Gay-Lussac o legge isocora L’energia cinetica media delle particelle è

6. La legge di Charles o legge isobara Charles dimostrò sperimentalmente che, a pressione

6. La legge di Charles o legge isobara Copyright © 2009 Zanichelli editore Le

6. La legge di Charles o legge isobara – 273, 15 °C è lo

7. Il volume molare dei gas A STP (0 °C e 1 atm) il

Per volume molare si intende il volume occupato da 1 mole di sostanza. Nei

8. L’equazione di stato dei gas ideali Combinando le leggi di Boyle, Gay-Lussac e

8. L’equazione di stato dei gas ideali Si ottiene p * V / T

8. L’equazione di stato dei gas ideali Se consideriamo n moli avremo allora che

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Capitolo 6 Le leggi dei gas 1. Lo studio dei gas nella storia 2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare 3. La pressione dei gas 4. La legge di Boyle o legge isoterma 5. La legge di Gay-Lussac o legge isocora 6. La legge di Charles o legge isobara 7. Il volume molare dei gas 8. L’equazione di stato dei gas ideali 9. Le miscele gassose 10. I gas reali Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

1. Lo studio dei gas nella storia Nel 1630 fu usato per la prima volta il termine gas: Van Helmont che lo inventò, pensava però che non fosse possibile contenere un gas in un recipiente, perché aveva una natura e una composizione diversa dai liquidi e dai solidi. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

1. Lo studio dei gas nella storia Il primo scienziato a raccogliere una sostanza aeriforme fu Robert Boyle. Egli teorizzò che l’aria fosse costituita da microscopici corpuscoli in movimento capaci di legarsi tra loro per formare aggregati macroscopici. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

1. Lo studio dei gas nella storia Nel Settecento si aprì un nuovo filone di ricerca, la chimica pneumatica, grazie alla scoperta di: • aria infiammabile (idrogeno) • aria flogisticata (ossigeno) https: //it. wikipedia. org/wiki/Teoria_del_flogisto • aria deflogisticata (azoto) Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

1. Lo studio dei gas nella storia Nonostante per molti secoli si sia creduto che l’aria fosse una sostanza elementare, essa è in realtà una miscela di gas composta prevalentemente da ossigeno e azoto e da altri numerosi componenti. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare I gas dal punto di vista macroscopico hanno tutti lo stesso comportamento, che tuttavia risulta sensibile alle variazioni di temperatura e pressione. La teoria cinetico-molecolare ne spiega la natura sulla base del modello dei gas ideali o perfetti. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare Nel modello del gas perfetto le particelle: sono puntiformi e il loro volume è trascurabile rispetto a quello occupato da tutto il gas; • non si attraggono reciprocamente e sono separate da spazio vuoto; • si muovono a grande velocità in tutte le direzioni con un movimento disordinato, dovuto al fatto che il loro moto rettilineo è interrotto dagli urti elastici, quindi senza dispersione di energia, con le altre particelle e con le pareti del contenitore. • Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare Si può concludere che l’energia cinetica media delle particelle del gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare I gas non hanno forma propria, ma occupano quella del recipiente che li contiene: le particelle, quando sono lontane le une dalle altre, non risentono delle forze attrattive. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

3. La pressione dei gas A livello microscopico, per le particelle dei gas la pressione è direttamente proporzionale alla loro energia cinetica media, cioè agli urti delle molecole contro le pareti del recipiente. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

3. La pressione dei gas La pressione è l’effetto macroscopico complessivo degli urti delle particelle di gas sull’unità di superficie e nell’unità di tempo. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

3. La pressione dei gas Oltre alla pressione, i fattori che influenzano il comportamento dei gas sono la temperatura, il volume e la quantità (espressa in moli). Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

4. La legge di Boyle o legge isoterma A temperatura costante, Boyle osservò nel 1662 che comprimendo aria alla metà del volume iniziale, la pressione raddoppiava; riducendo ad un terzo il volume iniziale, la pressione triplicava e così via. Boyle ha quindi dimostrato che, a temperatura costante, la pressione di una data quantità di gas è inversamente proporzionale al suo volume. Se due grandezze sono inversamente proporzionali, il loro prodotto è costante, pertanto la legge di Boyle si può esprimere con: p V =k con T costante (trasformazione isoterma) Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

4. La legge di Boyle o legge isoterma Riportando in un diagramma i valori di volume e pressione si ottiene un ramo di iperbole (curva isoterma). Si tratta di iperbole equilatera riferita agli asintoti. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

5. La legge di Gay-Lussac o legge isocora Sperimentalmente Gay-Lussac ha dimostrato che, a volume costante, la pressione di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. p/T = k con V costante (trasformazione isocora) Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

5. La legge di Gay-Lussac o legge isocora L’energia cinetica media delle particelle è direttamente proporzionale alla temperatura. All’aumentare della temperatura, aumenta quindi anche la velocità delle particelle: esse urtano maggiormente e in modo più violento le pareti del recipiente, facendo aumentare la pressione del gas. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

6. La legge di Charles o legge isobara Charles dimostrò sperimentalmente che, a pressione costante, il volume di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. V/T = k con T temperatura assoluta e p costante (trasformazione isobara) Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

7. Il volume molare dei gas A STP (0 °C e 1 atm) il volume molare dei gas è 22, 4 L , ovvero una mole di qualsiasi gas occupa 22, 4 L di volume. NB le condizioni STP possono variare. Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

Per volume molare si intende il volume occupato da 1 mole di sostanza. Nei solidi e nei liquidi il suo valore dipende dalla sostanza considerata, Per il principio di Avogadro, nei gas il volume molare è costante, a parità Di pressione e temperatura. Alle condizioni STP ossia = °C e 1 atm il Volume molare è per tutti i gas di 22, 4 litri. Principio di Avogadro: volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso Numero di molecole (non di atomi), a pressione e temperatura costanti. es. O 2, N 2, H 2, CH 4, H 2 O in forma gassosa contengono sempre lo stesso Numero di molecole a parità di volume, pressione e temperatura.

8. L’equazione di stato dei gas ideali Combinando le leggi di Boyle, Gay-Lussac e Charles p* V =k con T costante trasformazione isoterma p/T = k con V costante trasformazione isocora V/T = k con p costante trasformazione isobara Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

8. L’equazione di stato dei gas ideali Si ottiene p * V / T = k o legge generale dei gas vale per una qualsiasi quantità di gas ossia per un numero n di moli qualsiasi purché rimanga costante Se consideriamo 1 mole di gas alle condizioni STP avremo che V sarà pari al volume molare ossia 22, 4 litri per qualsiasi gas, in queste condizioni k viene indicata con R (costante universale dei gas) R = 1 atm * 22, 4 l/mol / 273, 15 K = 0, 082 atm * l / mol * K Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

8. L’equazione di stato dei gas ideali Se consideriamo n moli avremo allora che P*V/T=n*R da cui p * V = n * R * T equazione di stato dei gas ideali p = pressione (in atm) V = volume (in L) n = numero di moli T = temperatura assoluta (in K) R = costante universale dei gas = 0, 082 (in L atm mol-1 K-1) Copyright © 2009 Zanichelli editore Le idee della chimica