LEGGI DEI GAS IDEALI

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

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

3. Teoria dei gas perfetti Le proprietà di un gas ideale : - Le particelle del gas ideale non hanno dimensioni, e quindi sono prive di massa: le particelle del gas risultano così pure astrazioni geometriche. - Il gas ideale quindi riempie veramente tutto il volume del suo recipiente, mentre il gas reale non lo occupa tutto perché una parte è occupato dal volume delle particelle stesse. - Il gas idealeè comprimibile all'infinito (V=0). Le particelle che lo compongono non interagiscono (nel senso che non reagiscono chimicamente) tra di loro. - Le particelle del gas idealesi muovono di moto rettilineo uniforme urtandosi tra di loro e urtando le pareti del recipiente: ciò si spiega ricordando che non c'è interazione tra le particelle. Gli urti sono elastici, quindi non si perde energia Presentazione a cura di Valentino Galafate

4. Legge di Boyle o isoterma Per una certa massa di gas a temperatura costante, il prodotto del volume del gas V per la sua pressione P è costante. Cioè per una certa massa di gas a temperatura costante, le pressioni sono inversamente proporzionali ai volumi. In figura si nota la compressione di un gas in un cilindro mediata da un liquido: A: pistone B:testa del pistone C:cilindro D:liquido di conduzione E: membrana liquido-gas F:gas da comprimere Presentazione a cura di Valentino Galafate

5. Legge di Boyle Quello che si ottiene durante la compressione di un gas a temperatura costante è l’aumento della sua pressione, in quanto la relazione deve sempre restituire una costante. Il grafico formato non può che essere una iperbole equilatera Presentazione a cura di Valentino Galafate

6. Prima legge di Charles Gay-Lussac o Isobara La prima legge di Gay-Lussac, nota anche come legge di Charles e legge di Volta Gay-Lussac, afferma che in condizioni di pressione costante il volume di un gas aumenta linearmente con la temperatura. Presentazione a cura di Valentino Galafate

7. Prima legge di Charles Gay-Lussac o Isobara Di conseguenza possiamo affermare che il grafico che otterremo sarà un grafico che esprime una relazione lineare, quindi rappresentabile con una retta non passante per l’origine degli assi cartesiani. Indicando con V0 il volume del gas alla temperatura di 0°C e con V(T) il volume ad una temperatura T>0, questa legge è espressa matematicamente dalla relazione: Dove il parametro α è detto coefficiente di espansione dei gas e vale per tutti i gas circa 3.663 · 10-3 °C -1. α rappresenta quindi l'aumento di volume subito da un volume unitario di gas quando la sua temperatura aumenta di 1°C. Ad esempio, se la temperatura del gas aumenta da 0 a 100°C, il volume del gas a 100°C è V(100) = V0(1+0.3663) =1.3663 V0; il volume del gas aumenta cioè del 36% circa. Se la temperatura viene ridotta a valori inferiori a 0°C, allora il volume V(T) viene proporzionalmente ridotto; l'equazione prevede che il volume V si annulli in corrispondenza di una temperatura T=-1/α= -273.15 °C. Tale temperatura è detta zero assoluto.In realtà la maggior parte dei gas si liquefa prima di giungere a tale temperatura: l'azoto a -196 °C, l'idrogeno a -253°C. T -273.15°C V Presentazione a cura di Valentino Galafate

8. Seconda legge di Charles Gay-Lussac 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 a=1/273. Presentazione a cura di Valentino Galafate

9. Seconda legge di Charles Gay-Lussac o Isocora Di conseguenza avremo un grafico che ricalca il precedente in quanto la variazione della pressione e della temperatura si presenta lineare, raggiungendo pressione teorica 0 a -273.15°C ovvero 0°K T -273.15°C P Presentazione a cura di Valentino Galafate

10. Legge sulla velocità di diffusione dei gas I gas, proprio per la loro caratteristica di non avere ne forma ne volume proprio tendono a occupare tutto lo spazio che hanno a disposizione, ma non tutti i gas si muovono alla stessa velocità… Presentazione a cura di Valentino Galafate

11. Legge sulla velocità di diffusione dei gas In effetti la velocità con cui si muove un gas è definita dalla legge di Graham che enuncia: Le velocità di diffusione di due gas, ad identiche condizioni di temperatura e pressione, sono inversamente proporzionali alle radici quadrate delle loro densità Dove V1 e V2 sono i volumi dei due gas mentre rrappresenta la densità rispettivamente dei due gas. 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 quindi useremo la formula classica della velocità: Presentazione a cura di Valentino Galafate

12. Materiali e sostanze utilizzate Durante questa esperienza di laboratorio verremo a contatto con diversi pericoli: Il fuoco: fare attenzione al bruciatore bunsen Il mercurio: fare attenzione a non causare accidentalmente perdite di mercurio dalle apparecchiature Presentazione a cura di Valentino Galafate

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

14. Esperienza di Boyle • Tarare lo strumento in modo che la pressione sia uguale in entrambi i bracci dello strumento • Stringere la vite del braccio sinistro e muovere di una quantità nota il braccio destro • Annotare le variazioni di pressione del braccio sinistro Presentazione a cura di Valentino Galafate

15. Esperienza di Charles Gay-Lussac • Misurare la temperatura del sistema all’equilibrio • Accendere il bunsen • Annotare in base alla temperatura la variazione di volume Presentazione a cura di Valentino Galafate

16. Esperienza di Charles Gay-Lussac • Misurare la temperatura del sistema all’equilibrio • Accendere il bunsen • Annotare in base alla temperatura la variazione di pressione Presentazione a cura di Valentino Galafate

17. Calcolo della velocità di diffusione di un gas • Bagnare due tamponi di cotone con acido cloridrico concentrato e ammoniaca • Disporre i due tamponi ai lati di un tubo di vetro e far partire il cronometro • Fermare il cronometro appena si vede la formazione del cloruro di ammonio lungo le pareti del tubo • Annotare il tempo e misurare la distanza dei due tamponi dal punto di reazione • Calcolare la velocità di diffusione del gas Presentazione a cura di Valentino Galafate

18. AL LAVORO! Presentazione a cura di Valentino Galafate