Appunti sullo stato gassoso corso di Chimica generale e inorganica, Prof.ssa Pappalardo, libro consigliato Fondamenti di chimica, Lanfredi, Tiripicchio

Stato gassoso

La materia si presenta sotto diversi stati di aggregazione (stato gassoso, stato liquido, stato solido) le cui caratteristiche macroscopiche dipendono dalle interazioni tra le particelle costituenti.

Proprietà dei gas

Lo stato gassoso è caratterizzato da forze di legame intermolecolari estremamente ridotte (forze di Van der Waals). Esso è uno stato altamente disordinato in cui le particelle sono dotate di elevata energia cinetica e si muovono quasi indipendentemente l'una dall'altra. I gas, per quel che riguarda le loro proprietà caratteristiche:

• Hanno bassa viscosità, non incontrano resistenza al loro flusso;
• Non hanno forma e volume propri, in quanto acquistano la forma e il volume del recipiente che li contiene;
• Presentano alta comprimibilità, dovuta allo spazio vuoto tra le particelle;
• Sono completamente miscibili tra loro, vale a dire che mescolati quasi in proporzione danno miscele omogenee (proprietà fisiche uguali in tutti punti);
• Esercitano una pressione, cioè una forza per unità di superficie sulle pareti a contatto, a seguito degli urti su queste ultime delle particelle costituenti durante il loro moto disordinato.

Equazione dei gas perfetti (o ideali)

Lo stato di un gas è caratterizzato da quattro variabili: pressione (P), volume (V), temperatura (T) e numero di moli (n). Queste sono chiamate variabili di stato e sono legate dall'equazione dei gas perfetti.

Equazione di stato dei gas perfetti: PV = nRT

R = costante dei gas perfetti o ideali. L'equazione è anche chiamata equazione di stato dei gas perfetti o ideali. Dalla formula si deduce che un mole di qualsiasi gas alle stesse condizioni di temperatura e pressione occupa lo stesso volume. A temperatura di 0°C e a pressione di 1 atm, il volume molare V occupato da un qualunque gas che assume un comportamento da gas ideale è costante e uguale a 22,414 dm³/mol.

Caratteristiche del modello del gas ideale

• Molecole puntiformi (il volume delle particelle costituenti è trascurabile rispetto al volume occupato dal gas);
• Interazioni tra molecole nulle;
• Urti perfettamente elastici (l'energia cinetica persa dalle molecole che si urtano con altre viene integralmente acquistata dalle molecole urtate, in modo che l'energia cinetica resti costante).

In un gas reale queste condizioni non sono mai rispettate, però quando i gas sono lontani dalla temperatura di liquefazione si comportano tutti allo stesso modo indipendentemente dal tipo di particelle che li costituiscono e tendono al comportamento di un gas ideale. Infatti, a bassa temperatura il volume delle particelle è trascurabile rispetto a quello occupato dal gas, mentre ad alta temperatura le particelle hanno un'alta energia cinetica e presentano delle trascurabili forze intermolecolari. I gas che più si avvicinano al modello di gas perfetto sono idrogeno ed elio (H e He) poiché hanno forze intermolecolari più deboli e le particelle hanno un piccolo volume.

Unità di misura della pressione

Nella formula la pressione viene misurata in atmosfere, l'atmosfera è la pressione esercitata a livello del mare e alla temperatura di 0°C da una colonna di mercurio alta 760 mm con una densità di 13,63 g/cm³ e con la forza di gravità pari a 9,81 m/s². La pressione esercitata a livello del mare a 0°C da 1 mm di mercurio è chiamata torr in onore di Torricelli.

Riassumendo:

• 1 atm = 760 mmHg = 760 torr
• 1 atm = 101,325 kPa

Unità di misura della temperatura

La temperatura si misura nella scala assoluta in Kelvin e nella scala relativa in centigradi o gradi Celsius (la scala Celsius pone lo zero alla temperatura di congelamento dell'acqua a pressione di 1 atm). La correlazione tra le scale è:

• T (K) = temperatura in Kelvin
• t (°C) = temperatura in gradi Celsius
• T (K) = t (°C) + 273,15
• 0 K = -273,15 °C

Unità di misura del volume

Il volume si misura nelle unità ordinarie del volume (dm³, l, m³). A seconda delle unità di misura con cui si esprime la pressione, i valori di R sono i seguenti:

• R = PV/nT = 1 atm · 22,414 dm³ / 1 mol · 273,15 K = 0,0821 atm · dm³ · K^-1 · mol^-1
• R = PV/nT = 101,325 kPa · 22,414 dm³ / 1 mol · 273,15 K = 8,314 kPa · dm³ · K^-1 · mol^-1