Gas reali e ideali

Lezione 1

Punti chiave da trattare

• Definizione di termodinamica e chimica fisica
• Equilibri termodinamici
• Principio 0 della termodinamica
• Teoria cinetica dei gas
• Legge di Boyle
• Legge di Charles
• Scala di temperatura assoluta dei gas ideali
• Pressione parziale
• Equazioni di stato
• Volume molare

Chimica fisica

La chimica fisica è la branca della chimica che studia le leggi fisiche che sottostanno ai processi chimici, ovvero studia il dettaglio dei processi chimici considerando molecole e atomi come sistemi fisici. Classiche aree di lavoro della chimica fisica sono la termodinamica, la cinetica chimica, la meccanica quantistica e la spettroscopia.

Termodinamica

La termodinamica è la branca della fisica classica e della chimica che studia e descrive le trasformazioni termodinamiche indotte da calore a lavoro e viceversa in un sistema termodinamico, in seguito a processi che coinvolgono cambiamenti delle variabili di stato temperatura ed energia. La termodinamica classica si basa sul concetto di sistema macroscopico: lo stato di un sistema macroscopico che si trova in condizione di equilibrio è specificato da grandezze dette variabili termodinamiche o funzioni di stato come temperatura, pressione, volume e composizione chimica.

Supponiamo di avere un pendolo. Se diamo un colpo al pendolo (lo "perturbiamo" con una sollecitazione), esso inizierà ad oscillare fino a fermarsi nuovamente al centro della sua traiettoria, dopo un certo tempo. Il pendolo non si metterà più in movimento, a meno che non venga perturbato nuovamente. Un sistema all'equilibrio è un pendolo fermo.

Equilibri termodinamici

Un sistema isolato si dice in "equilibrio" quando le sue proprietà macroscopiche restano costanti nel tempo. Un sistema non isolato si dice in "equilibrio" quando:

• Le sue proprietà macroscopiche non cambiano nel tempo
• Il contatto con l'ambiente circostante non altera il sistema

RICORDA: Se la seconda condizione viene meno il sistema non è all'equilibrio ma allo stato stazionario. Per essere in equilibrio, il sistema deve essere in:

Equilibrio meccanico

La somma di tutte le forze agenti sul sistema è nulla. Ciò significa che se F = m*a e la massa è sicuramente una grandezza non nulla, il sistema non presenta accelerazione. Il sistema presenta la stessa pressione in ogni suo punto (P = F/A). In pratica è ciò che accade quando, giocando al tiro alla fune, due persone tirano i due lembi della corda con la medesima forza: in quel caso, il sistema corda risulta essere in equilibrio meccanico.

Equilibrio di materia

L'equilibrio di materia si ha quando:

• Nel sistema non avviene alcuna reazione chimica (non c'è trasformazione di materia da reagenti a prodotti)
• Non ci sono fenomeni di trasporto attivo o passivo di materia all'interno del sistema

In generale: le concentrazioni delle specie chimiche nel sistema sono costanti nel tempo.

Equilibrio termico

Due sistemi sono in equilibrio termico tra di loro se hanno la stessa temperatura. Generalizzando: i sistemi A e B sono in equilibrio termico tra di loro se sono entrambi in equilibrio termico con C. Questo è il principio zero della termodinamica.

Proprietà macroscopiche all'equilibrio

Quali sono le proprietà "macroscopiche" che restano costanti all'equilibrio?