Stati della materia

Proprietà dei gas

I gas hanno alcune caratteristiche distintive: il volume di un gas varia notevolmente con la pressione, hanno una viscosità molto bassa e una densità molto bassa (massa/volume). Inoltre, i gas sono miscibili tra di loro, riuscendo a creare una miscela di tanti gas indistinguibili.

Le leggi dei gas

Legge di Boyle

Un cilindro contiene delle moli di gas compresse da un pistone. Quando la temperatura e il numero di moli sono costanti, riducendo il volume e dunque comprimendo il gas, aumenta la pressione, ottenendo una proporzionalità inversa tra pressione e volume.

Legge di Charles

A pressione costante, aumentando la temperatura aumenta anche il volume, mentre riducendo la temperatura si riduce anche il volume.

Legge di Avogadro

Mantenendo costante temperatura e pressione, all’aumentare del numero di moli, aumenta il volume.

La teoria cinetica dei gas

Caratteristiche affinché un gas sia definito ideale (difficili da realizzarsi):

• Un gas deve avere un volume trascurabile rispetto al recipiente in cui è contenuto, deve essere dunque puntiforme.
• Il suo moto deve essere rettilineo uniforme.
• Gli urti devono essere elastici, l’energia cinetica totale è costante.

Relazione tra la massa molare e la velocità molecolare

Particelle con massa diversa hanno anche velocità diverse; ad esempio, molecole più leggere hanno velocità media più alta.

Equazione di van der Waals

L’equazione di van der Waals considera le interazioni tra le particelle e il volume proprio delle particelle. Corregge in aumento la pressione misurata addizionando un fattore che tiene conto delle attrazioni intermolecolari e corregge in diminuzione il volume misurato sottraendo dall’intero volume del recipiente un fattore che tiene conto del volume molecolare.

Legge di Dalton

Quando due gas A e B sono mescolati nello stesso recipiente alla stessa temperatura, esercitano una pressione totale uguale alla somma delle loro pressioni parziali. Ad esempio, l’aria che respiriamo è costituita da azoto, ossigeno, argon, diossido di carbonio, vapore acqueo e piccole quantità di altri gas; ciascuno di questi gas esercita una propria pressione e la pressione atmosferica è la somma delle pressioni esercitate da ciascun gas.

L'equazione di stato PV = nRT non è limitata a gas puri, ma è valida anche per miscele di due o più gas. In tal caso, è sufficiente che n indichi il numero di moli totali dei gas che compongono la miscela. La frazione molare (Xi) di ciascun componente di una miscela (sia essa gassosa, liquida o solida) è data dal rapporto fra il numero di moli del componente i (ni) e il numero di moli totali. E, indipendentemente dalla composizione della miscela, risulta sempre: XA + XB + ... = 1

Dalla legge di Dalton consegue che la pressione parziale di ciascun componente è data dal prodotto della pressione totale, P, per la frazione molare del componente, infatti PA = XA P e PB = XB P.

Le soluzioni

Una soluzione è una miscela omogenea di due o più sostanze in una stessa fase. Per convenzione, il componente presente in maggiore quantità viene indicato come solvente e gli altri componenti come soluti. Le soluzioni più comuni sono quelle di solidi nei liquidi e, in particolare, quelle in cui il liquido solvente è l’acqua (soluzioni acquose).

Dissociazione ionica

Il cloruro di sodio (sale da cucina) si presenta come un cristallo cuboide in cui ogni spigolo è rappresentato da ioni (catione Na⁺ e anione Cl^-). Quando introduciamo questi solidi nel solvente acquoso, gli ioni vengono idratati dalle molecole di acqua polari, diventando un tutt’uno con esse: l’atomo di sodio carico positivamente sarà circondato da un certo numero di molecole di acqua rivolte verso di esso col polo negativo (ossigeno), mentre l’atomo di cloro carico negativamente sarà circondato da molecole di acqua orientate verso di esso col polo positivo (idrogeni).

Dissociazione molecolare

Quando il soluto è uno zucchero non avviene una dissociazione ionica ma molecolare. C₁₂H₂₂O₁₁ è anch’esso una struttura solida cubica cristallina le cui molecole polari sono impacchettate tra loro ordinatamente. Quando viene introdotto in acqua, le molecole polari del soluto vengono idratate e si andranno a disporre orientate alle molecole polari dell’acqua rispettando le cariche dei dipolo: al polo positivo del soluto l’acqua si orienterà col polo negativo, al polo negativo del soluto l’acqua si orienterà col polo positivo.