Le leggi dei gas e le loro implicazioni scientifiche

Caratteristiche dei gas

Molti composti sono gassosi in condizioni normali mentre altri lo diventano con l’aumento della temperatura, in ogni caso tutti hanno delle caratteristiche ben definite, infatti secondo la teoria cinetica-molecolare le particelle dei gas sono in costante, rapido e disordinato movimento talora, quindi possiedono energia cinetica, che aumenta con l’aumentare della temperatura; i gas sono composti da particelle molto piccole che si trovano a notevole distanze tra di loro, dunque sono facilmente comprimibili; le forze attrattive dei gas sono trascurabili quindi possono occupare tutto il volume a loro disposizione; infine le collisioni tra le particelle di gas e tra quelle del contenitore sono di tipo elastico, quindi senza perdita di energia bensì solo trasferimento.

Misurazione della pressione

La pressione di un gas è il risultato della collisioni esercitate dalla molecole sulle pareti del contenitore e cresce con il numero di molecole del gas perché aumentano le collisioni, per questo viene definita come la forza esercitata su un’unità di superficie. La pressione viene misurata mediante il barometro di Torricelli o manometri metallici o digitali e l’unità di misura è il pascal o kilopascal, che ha sostituito il millimetro di mercurio e le atmosfere.

Leggi di Boyle e Charles

Boyle nel 1662 studiò la relazione tra la pressione e il volume di un gas. Secondo la legge di Boyle a temperatura costante e per una data quantità di gas la pressione aumenta quando il volume diminuisce secondo la relazione P x V = k. Inoltre conoscendo il prodotto e il volume di un gas in certe condizioni è possibile stabilire la pressione e il volume in condizioni diverse.

Nel 1781 Charles studiò la relazione tra temperatura e il volume di un gas mediante palloni aerostatici. Secondo la sua legge ad un aumento della temperatura corrisponde in modo direttamente proporzionale un aumento del volume del gas, secondo la formula V = k x T, infatti quando un gas viene riscaldato le molecole aumentando di energia cinetica esercitano una pressione maggiore.

Leggi di Avogadro e Gay-Lussac

Per la legge di Avogadro, a temperatura e pressione costante, Le tre leggi dei gas permettono di stabilire la legge di un gas ideale rappresentata dall’equazione P x V = n x R x T, dove R ingloba il prodotto delle 3 costanti di proporzionalità. Un gas ideale deve avere molecole che possono essere assimilare a particelle molto piccole, per cui si può trascurare il loro volume rispetto a quello del contenitore e tutte le interazioni tra le molecole possono essere tralasciate.

La legge di Gay- Lussac afferma che in condizioni di volume costante la pressione di un gas aumenta con il crescere della sua temperatura.

Teoria di Dalton e Graham

Dalton nel 1807 studiò le pressioni parziali del gas all’interno di una miscela e affermò che la pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni parziali dei componenti, ciò presuppone che Graham studiò la velocità con cui si diffondono i gas e notò che la velocità di diffusione di un gas è inversamente proporzionale alla radice quadrata della sua massa molecolare. Per poter spiegare questa teoria bisogna presupporre che i gas ad una determinata temperatura abbiano la stessa energia cinetica.