Gas

I gas, differentemente dagli altri due stati della materia, solido e liquido, non possiedono né forma né volume propri. Il gas è caratterizzato da un'altra proprietà fondamentale, la pressione. A tal proposito esiste un'equazione che mette in relazione pressione, volume e temperatura dei gas. Parliamo dell'equazione di stato dei gas perfetti o ideali. I gas ideali o perfetti sono tali quando il loro fattore di comprimibilità ( Z ) è pari a 1.

Equazione di stato dei gas perfetti:

$PV=nRT$

dove P è la pressione espressa in Pa, V è il volume espresso in m³, n è la quantità di sostanza espressa in mol, R è la costante universale dei gas che ha valore 8,314472 J K−1 mol−1 ed infine T è la temperatura assoluta, ovvero espressa in K. Se come unità di misura per la pressione ed il volume utilizziamo rispettivamente atm e L, allora la costante universale dei gas assume valore 0,0821 L atm mol^-1 K^-1

Pressione dei gas

La pressione dei gas può essere misurata con grandezze diverse.Le grandezze più utilizzate sono il bar, i mmHg( millimetri di mercurio - vedi barometro),le atmosfere e il Pascal (che è l'unità del S.I.).

Valgono le seguenti relazioni

1 atm = 760 mmHg

1 Pa = 1 newton/m²

1 atm = 760 mmHg = 101.325 kPa = 1.01325 bar

$latex 1 bar = 1x10⁵ Pa esatti = 1x10² kPa = 0.9872 atm $

La legge di Boyle

La legge di Boyle analiza la comprimibilità di un gas.Matematicamente la legge di Boyle può essere espressa come:

PV = k - quando n e T sono costanti

Pressione x Volume = costante - quando n e T sono costanti

La legge esprime il fatto che per una data quantità di gas, ad una data temperatura, il prodotto della pressione per il volume è una costante.

La legge di Charles

La legge di Charles analizza l'effetto della temperatura sul volume dei gas.Matematicamente può essere espressa come:

V = k x T - quando n e P sono costanti, e T espressa in Kelvin

Volume = costante x temperatura - quando n e P sono costanti, e T espressa in Kelvin

La legge esprime il fatto che per una data quantità di gas, ad una data pressione, il volume è direttamente proporzionale alla temperatura in Kelvin

L'ipotesi di Avogadro

Usando il lavoro di Gay-Lussac propose che uguali volumi di gas nelle stesse condizioni di temperatura e pressione contengono un egual numero di particelle.Venne quindi definito il numero di particelle presente in una mole pari a circa 6,022·10²³

La legge dei gas ideali

PV = nRT

dove r è una costante che vale, nel caso P sia descritta in atm, V in L, T in Kelvin e n in numero di moli, 0.082057 L x atm x k^-1 x mol^-1

Va detto che questa legge vale solo per "gas ideali" che sono diversi dai gas reali.La legge è comunque validissima perché in condizioni prossime alle normali i gas ideali approssimano benissimo quelli reali.

La densità di un gas

Poiché il numero di moli è dato tra il rapporto tra la sua massa e la sua massa molare possiamo riscrivere l'equazione dei gas in questo modo:

d = m/V = PM/RT

dove PM è la massa molare.Gas con densità maggiore si dispongono al di sotto di gas a densità minore.