I gas e lo stato solido

I GAS

Nello stato gassoso le molecole hanno deboli interazioni tra loro, trascurabili rispetto alle loro energie cinetiche, non hanno forma e volume propri, ma assumono forma e volume del recipiente. Le molecole sono libere di muoversi in tutto lo spazio che hanno a disposizione e i gas sono comprimibili perché la distanza tra le molecole è grande, relativamente alle loro dimensioni, e le molecole possono occasionalmente venire a contatto solo quando nel loro disordine vanno a cozzare, si urtano tra loro. I gas sono formati da molecole piccole, i gas atomici sono He, Ne, Ar, H₂, O₂, F₂, Cl₂, CO₂, NO₂, SO₂, CH₄. *

Lo stato gassoso è dipinto da 4 variabili fisiche, 2 intensive e 2 estensive INTENSIVE: non dipendono dalla quantità di sostanza ESTENSIVE: dipendono dalla quantità di massa Le 4 variabili fisiche sono:

• PRESSIONE:

  è definita come l'intensità della forza che agisce per unità di superficie. Nei gas la pressione è determinata dal numero di urti contro le pareti del recipiente e le sue unità di misura sono: atm, Pa, Torr (mmHg) e bar. 1 atm = 101325 Pa 1 atm = 1,0143 bar 1 atm = 760 Torr (mmHg) L'unità di misura più comune è l'atmosfera Anche l'aria esercita sulla terra una certa pressione e per rendersene conto basta osservare l'esperimento di Torricelli.

• TEMPERATURA:

  è la misura del grado di energia termica (calore) posseduta dal gas. Si indica con il Kelvin K = °C + 273,15 lo zero assoluto corris. -273,15 °C e non si può andare se di di sotto di questo valore. Dalla temperatura dipende l'energia cinetica delle particelle Questo valore la grandezza intermis. Le estensive sono invece:

• VOLUME:

  il volume del gas è la porzione di spazio a disposizione delle par ticelle alla sostanza. Coincide con il volume del recipiente in cui è contenuto

* Se le moto è di tipo traslatorio, non sono presenti anche moti di tipo rotatorio e vibratorio

L'unità di misura è il litro

1m³ = 10³L 1dm³ = 1L 1(cm³) = 10^-3L

• NUMERO DI MOLI (n): una mole è definita come la quantità in grammi di peso molecolare del gas. L'unità di misura è mol.

Per studiare i gas si studia la correlazione tra tutte queste grandezze fisiche.

Si prende come esempio di gas, un gas ideale. Le sue caratteristiche sono:

1. Particelle puntiformi, che occupano tutto il volume a loro disposizione.
2. Forza di interazione tra le particelle.
3. Moto casuale.
4. Urti completamente elastici, ovvero un urto mantiene l'energia cinetica iniziale e l'unica energia esistente è quella cinetica.
5. Volume delle particelle (ovviamente) trascurabile rispetto al volume occupato.

I molti gas reali comportano come gas ideale. Quando invece le molecole sono molto grandi e non seguono queste regole, non abbiamo un gas ideale.

LE LEGGI DEI GAS IDEALI:

Le grandezze fisiche del dominare di un gas ideale sono V, P e T. Secondo la teoria cinetica dei gas la pressione è collegato agli urti tra le particelle e le pareti del recipiente, la temperatura è collegato all'energia cinetica media delle particelle.

I gas ideali seguono questa legge:

LEGGE DI BOYLE:

A temperatura costante il volume e la pressione di un gas sono inversamente proporzionali. Ad esempio raddoppiando la pressione il volume diventa T=cost cioè si mantengo costante il no di moli.

P

Il grafico in un sistema di riferimento P v è un iperbole equilatera

Per una stessa quantità di gas che subisce una trasformazione isoterma si ha tra P e V, la relazione:

P₁V₁=P₂V₂

STATO SOLIDO

Il solido è una sostanza nella quale esiste una disposizione ordinata delle unità costituenti (atomi, molecole, ioni) che si ripetono periodicamente nello spazio (cristallo). I cristalli danno origine allo stato solido. È dotato di incomprimibilità, poiché il loro volume è pressoché costante al variare della temperatura e della pressione.

CRISTALLO:

è il corpo solido chimicamente omogeneo anisotropo, cioè che gli esame delle proprietà in direzioni diverse, queste saranno differenti tra loro. Ha la forma di un solido geometrico delimitato da facce, spigoli e vertici ed è caratterizzato da una disposizione regolare delle particelle (atomi, molecole, ioni) che lo costituiscono.

RETICOLO CRISTALLINO:

è un modello geometrico astratto del cristallo reale. Quindi è puramente ideale, come per i modelli, anche per i reticoli ci sono delle strutture basi, ad esempio i reticoli di

(reticoli di Bravais). L'esistenza di un reticolo ordinato è responsabile di due proprietà macroscopiche, caratteristiche dei solidi cristallini: anisotropia e geometria. In base alla natura delle forze che tengono insieme il reticolo cristallino si potranno avere: solidi ionici (polari), metallici (metalli), molecolari (acidi), covalenti (diamante).

Ad esempio nella sodio ci sono le forze di Van der Waals, quindi che si solidifica facilmente, però a temperatura ambiente è solido.

CELLA ELEMENTARE:

è l'unità più semplice che contiene tutte le informazioni necessarie per formare l'intero reticolo. Generalmente rappresentano come un parallelepipedo definito da tre vettori a, b e c, da due angoli tra: α, β e γ, che i spigoli formano tra loro. La sua ripetizione nelle 3 direzioni parallele ad a, b e c, genera tutto il reticolo tridimensionale, esistono 7 nodi geometrici per la classificazione di una cella elementare, indicata con il nome di sistema cristallografici, che si differenziano fra le relazioni tra i lati e gli angoli della cella.