Chimica generale - lo stato gassoso

Stato gassoso

Pressione

La pressione è la forza applicata per unità di superficie: P = F / A (forza) (area). 1 atm = 1,013 bar = 101,3 kPa. L'aria è una miscela di gas ed occupa tutto lo spazio al di sopra della superficie terrestre per uno spessore di 150 km (atmosfera). La forza peso esercitata sulla superficie terrestre dall'atmosfera è la pressione atmosferica.

Il mercurio contenuto nel tubo (senza aria) cadrà nella vaschetta fino al livello al quale la pressione esercitata dall'aria sulla superficie del mercurio contenuto nella vaschetta eguaglierà la pressione dovuta alla forza peso gravitazionale esercitata dal mercurio restante nel tubo. La pressione atmosferica è bilanciata dalla pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm. 1 atm = 760 mm di Hg = 760 torr a 0°C.

Barometro e manometro a mercurio

La pressione totale del Hg nel ramo sinistro deve essere uguale alla pressione totale esercitata nel ramo destro.

Proprietà macroscopiche dei gas

I gas non hanno volume e forma proprie (si espandono nel recipiente che li contiene occupando tutto il volume). I gas sono comprimibili e hanno una bassa densità se paragonata a quella dei liquidi e dei solidi. In un contenitore chiuso, i gas esercitano una pressione uniforme sulle pareti. Essi si miscelano spontaneamente e completamente a pressione costante, senza che avvenga alcuna reazione chimica (diffusione).

Le leggi dei gas

Le leggi dei gas sono generalizzazioni che descrivono in termini matematici le relazioni fra quantità di sostanza, pressione, temperatura e volume di un gas. Solo lo stato gassoso può essere descritto mediante semplici relazioni matematiche.

Nelle leggi dei gas:

• La quantità è espressa in moli di gas presente.
• Il volume in litri o millilitri.
• La temperatura viene espressa in gradi Kelvin.

Legge di Boyle

Il volume di una definita massa di gas ad una data temperatura è inversamente proporzionale alla pressione esercitata sul gas (T = costante). P₁V₁ = P₂V₂ per cui P₁V₁ = k, P₂V₂ = k. Si può calcolare il volume finale o la pressione finale utilizzando queste equazioni.

Legge di Charles

A pressione costante, il volume occupato da una definita massa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta (V ∝ T). Possiamo scrivere un'equazione che combina le condizioni iniziali e finali: V₁/T₁ = V₂/T₂. Da cui, per calcolare il volume finale: V₂ = V₁ × (T₂/T₁).

Legge di Gay-Lussac

A volume costante, la pressione esercitata da una definita massa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.