Utente:Roger Gianni/Sandbox
I gas perfetti modifica
Gli stati di aggregazione della materia modifica
La suddivisione delle sostanze si fa in base allo stato di aggregazione, esistono tre stati di aggregazione (ne esiste un quarto poco considerato)
- solido, forma e volume proprio, gli atomi oscillano intorno alle posizioni medie
- liquido, volume proprio, un liquido assume la forma del ricipiente, gli atomi scorrono uno sull'altro
- gassoso, ne forma, ne volume proprio, atomi e molecole sono liberi
- plasma, o stato plasmatico, è costituito da gas estremamente rarefatti
Possiamo considerare da un punto di vista termodinamico, ciascuno di questi stati. Qui considereremo lo stato gassoso, cioè i gas.
Gas reali e gas ideali modifica
- Un gas reale è un qualsiasi gas nelle condizioni di pressione e temperatura normali.
- Per gas ideale si intende un gas estremamente rarefatto e lontano dal suo punto di condensazione, bassa pressione e alta temperatura.
Quanto rarefatto? Finchè non esistono più interazioni fra le molecole.
Descrizione microscopica del gas perfetto modifica
Un gas ideale è costituito da
- sferette di tipo elastico
- con dimensioni piccole confronto a quelle del recipiente
- non esistono interazioni di attrazione o repulsione
- (conseguenza) l'unica forma di energia è quella cinetica
Variabili termodinamiche modifica
Le variabili termodinamiche di un qualsiasi gas sono due qualsiasi delle grandezze termodinamiche fondamentali pressione, volume e temperatura. Queste variabili descrivono lo stato termodinamico del sistema. Inverso: lo stato termodinamico di un sistema è definito dalle tre variabili fondamentali.
Equilibrio termodinamico ed equilibrio di stato f(ptv) modifica
Si dice che un gas si trova in equilibrio termodinamico quando si trova in modo univoco, cioé si basa su 3 condizioni:
- equilibrio meccanico, pressione
- equilibrio chimico
- il gas non deve essere un sistema chimico ossia non deve esistere nessuna combinazione chimica
- non ci siano diffusioni di molecole
- equilibrio termico ossia non deve esserci nessuna differenza di temperatura fra due parti del gas
Un sistema termodinamico è un numero molto grande di particelle che ci interessano nel loro insieme.
Variazione di un sistema termodinamico è quel passaggio da uno stato di equilibrio detto stato iniziale ad un nuovo stato di equilibrio, detto stato finale che avviene per una variazione delle variabili termodinamiche che definiscono il sistema.
Rappresentazioni grafiche modifica
Le rappresentazioni grafiche servono per seguire visivamente l'evoluzione dei fenomeni e capire a colpo d'occhio quel che sta succedendo in un dato momento e per fare delle deduzioni su quello che succede ad una variabile, al variare di una o l'altra variabile.
Le rappresentazioni grafiche dei gas, esprimono lo stato di un gas a determinate condizioni di pressione, volume e temperatura. Dunque la rappresentanzione di un gas può essere di tipo spaziale o tridimensionale. Dato che per determinare lo stato di un gas bastano due variabili solamente in quanto la terza è sempre derivabile, si usa rappresentare lo stato di un gas per mezzo di una rappresentazione bidimensionale. Per comodità di usano diversi piani a seconda dei fenomeni che si vuole rappresentare; si chiama
- piano di Amagat, il piano che ha per coordinate pV e p
- piano di Clapeyron, il piano che ha per coordinate p e V
Trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili modifica
Trasformazione reversibile è quella che avviene attraverso una successione di stati infiniti di equilibrio. Nel passaggio da un equilibrio iniziale P1 ad un equilibrio finale P2, si può avere una trasformazione reversibile o irreversibile; la reversibile è una astrazione (non esiste) perché non vi può essere un equilibrio termodinamico, punto per punto. In pratica le trasformazioni sono irreversibili perché in esse si ha sempre un cambiamento delle variabili,
Equazione di stato dei gas perfetti modifica
Pressione (p), volume (V) e temperatura (T) sono collegate fra loro dalle seguenti relazioni:
- pV=nRT valida per i gas perfetti
- f(p,V,T)=0 valida per i gas reali (è quasi impossibile trovare questa funzione per i gas reali)
Termostati e trasformazioni isoterme dei gas modifica
Un termostato è un apparecchio per mantenere la temperatura costante, come per esempio il termostato a ghiaccio di Bunsen. Una trasformazione isoterma di un gas è una trasformazione che avviene a temperatura costante.
Energia di una gas perfetto, di un gas reale e di un cristallo ionico modifica
I gas perfetti, i gas reali e la materia sono dotati di energia, precisamente:
- un gas perfetto di
- energia cinetica di translazione, rotazione, oscillazione
- interazioni fra nuclei atomici di attrazione e repulsione
- risonanza
- energia di massa
- e altre
- gas reale di
- energia newtoniana ossia ha una carica
- energia coulombiana ossia ha una massa
- cristallo ionico di una energia di vibrazione
Legge di Boyle e definizione di gas ideale modifica
- Il volume di una certa quantità di ga è inversamente proporzionale alla pressione
- pv=k
La legge di Boyle é una legge limite che si verificherebbe per un
- gas perfetto o gas ideale è un gas le cui molecole hanno un volume proprio, trascurabile rispetto al volume totale del gas e in cui l'attrazione reciproca delle molecole è infinitamente piccola rispetto alla pressione esterna
Confronto fra gas reali e gas perfetti: legge di Boyle e sua rappresentazione (curve isoterme) nel piano di Amagat e di Clapeyron modifica
- OA ideale per gas perfetto pV=k
- OC comportamento di idrogeno, elio e neon
- OB tutti gli altri gas,
- OE dapprima si comprimono più di quanto si calcoli con la legge di Boyle
- EB e poi per forti pressioni si comportano come idrogeno, elio e neon.
In realtà in tutti i gas si fanno sentire entrambe le deviazioni e asseconda delle condizioni prevale l'una o l'altra curva. A temperature molto alte tutti i gas tendono a comportarsi come l'idorgeno, l'elio e il neon. A temperature molto basse, anche questi ultimi si comportano come tutti gli altri gas e queste temperature sono dette temperature di inversione.
(valida solo per i gas perfetti)
La rappresentazione della legge di Boyle pV=k sul piano di Clapeyron è una iperbole equilatera, dunque sarà:
- simmetrica rispetto alla bisettrice
- asintotica agli assi, ovvero li incontra all'infinito
- i rettangoli formati dalle perpendicolari sugli assi sono tutti uguali
Diminuendo la temperatura di un gas,, si giunge ad una temperatura critica in cui l'iperpole equilatera di flette. Diminuendo ulteriormente la temperatura, l'iperbole assume un andamento orizzontale, a causa della pressione che rimane costante per il cambiamento di stato (condensazione), in seguito ad un certo punto il volume è costante perché si ottiene tutto liquido che è poco comprimibile.
Dilatazione termica dei corpi solidi e liquidi modifica
- dilatazione lineare
lt=l0(1+α t) dove α =10-5 °C-1
- dilatazione cubica
Vt=V0(1+β t) dove β =3a
Il binomio di dilatazione lineare o cubica varia al variare del materiale usato.
Sostanze termometriche modifica
Sono il mercurio, l' alcool, la termocopia, e altre.
Dilatazione termica dei gas perfetti e prima legge di Gay Lussac modifica
1° legge di Volta Gay Lussac (o delle isobariche)
- gli aumenti di volume di un gas a pressione costante
sono direttamente proporzionali al suo volume iniziale ed al binomio di dilatazione Vt=V0(1 + α t)
Abbiamo un gas in un cilindro con pistone mobile (pressione costante). Variando la temperatura, aumentandola da t0 a t1, vediamo che il volume varia secondo la 1° legge di Gay Lussac e precisamente di 1/273,16 del suo volume iniziale
Dilatazione termica dei gas perfetti e seconda legge di Gay Lussac modifica
Variazione della pressione con la temperatura a volume costante. Fornendo calore e volendo tenere il volume costante aggiungiumo dei pesi (aumneto di pressione). 2° legge di Gay Lussac (o delle isovolumiche) o di Charles
- gli aumenti di pressione di un gas a volume costante
sono direttamente proporzionali agli aumenti di temperatura pt=p0(1 + ß t)
Dimostriamo come α della 1° Legge che chiamiamo per comodità β1, o coefficiente di dilatazione che vale 1/273,16, sia uguale al β della 2° Legge che chiamiamo β2, o coefficiente di tensione, per i gas perfetti.
Per passare dal punto 0 al punto 1 possiamo farlo attraverso molte vie:
- da 0 a 1 in modo diretto, per mezzo di una trasformazione isocora, a volume costante, aumenta la pressione e la temperatura
- da 0 a 2, da 2 a 1 in modo indiretto,
- da 0 a 2 per mezzo di una trasformazione isobara,
a pressione costante, aumenta il volume e la temperatura Vt=V0(1 + β1 t)
- da 2 a 1 per mezzo di una trasformazione isoterma,
a temperatura costante, aumenta la pressione e diminuisce il volume. p0Vt=ptV0
Sostituendo nella p0Vt=ptV0 il Vt=V0(1 + β1 t) si ha p0V0 (1 + β1 t) =ptV0
p0(1 + β1 t) =ptV0/V0
pt=p0(1 + β1 t)
Da cui appare evidente che il coefficiente di dilatazione alfa di un gas é uguale al coefficiente di tensione beta.
Termometro a gas modifica
Deduzione elementare dell'equazione di stato dei gas modifica
Definizione formale della temperatura assoluta e scala Kelvin modifica
Legge di Avogadro, costante universale dei gas modifica
La costante R e suo valore numerico modifica
Applicazioni dell'equazione di stato: modifica
caso di n moli modifica
la costante R modifica
espressione della densità e del peso specifico in funzione della pressione e della temperatura modifica
densità normale modifica
determinazione del peso molecolare M dei gas modifica
Miscele di gas perfetti modifica
Esperienza dei recipienti modifica
Definizione di pressione parziale e legge di Dalton modifica
Equazione di stato delle miscele modifica
Dissociazione termica delle sostanze gassose modifica
Calcolo della costante dei gas per una miscela modifica
Densità delle miscele dei gas perfetti modifica
Definizione della composizione di una miscela modifica
Relazione fra pressione parziale, concentrazione molare e frazione molare modifica
Nuova formulazione della legge di Dalton modifica
Relazione fra le frazioni molari e quelle in peso modifica
Calcolo della densità delle miscele per mezzo delle frazioni molari modifica
Ulteriori precisazioni sul calcolo delle densità di una miscela di gas perfetti modifica
Il primo principio della termodinamica modifica
Definizione di scambio energetico modifica
Unità pratiche di misura del lavoro (kWh, CVh) modifica
Lavoro termodinamico modifica
Lavoro di espansione di un gas e sua rappresentazione grafica modifica
Nuove unità di misura del lavoro: il litro-atmosfera modifica
Significato termodinamico della costante dei gas perfetti modifica
Altre forme di lavoro termodinamico modifica
Generalizzazione del lavoro modifica
Definizione operativa della quantità di calore: calorimetro modifica
Unità di misura della quantità di calore (cal, Kcal, BTU) modifica
Calore specifico, calore molare e capacità termica modifica
Distinzione tra lavoro e calore modifica
Differenza fra variazione di energia e scambio energetico modifica
Cenno alla teoria della relatività modifica
- E=mc2 dove E energia, m massa, c velocità della luce
Secondo quest'equazione la massa di un corpo dipende dalla sua velocità. Inoltre la massa è una forma di energia condensata, cioè la massa si può trasformare in energia e viceversa.
La velocità della luce è al quadrato e ne consegue che una piccolissima quantità di massa si può trasformare in una quantità favolosa di energia.
Il meccanismo di trasformazione della massa in energia avviene nelle reazioni nucleari che si svolgono all'interno del Sole, delle stelle e nelle pile atomiche.
Definizione di termodinamica modifica
Conservazione dell'energia e primo principio della termodinamica (enunciati) modifica
Trasformazioni termodinamiche aperte e chiuse modifica
Il primo principio come legge sperimentale per sistemi chiusi e per cicli termodinamici modifica
Esperienza del mulinello di Joule e proporzionalità fra gli scambi di lavoro e di calore modifica
Relazione fra le unità pratiche di lavoro e la Kcal modifica
Equivalente termodinamico modifica
La costante dei gas in unità termodinamiche modifica
Cenni delle limitazioni poste al primo principio della termodinamica, dal secondo principio modifica
Estensione del primo principio alle trasformazioni aperte modifica
Segno degli scambi di lavoro e di calore modifica
La funzione di stato energia interna e formulazione matematica del primo principio per trasformazioni finite e trasformazioni elementari modifica
Applicazioni del primo principio modifica
Discussione dei termini dell'operazione matematica: gli scambi di calore e di lavoro dipendono dalla trasformazione modifica
Precisazioni del concetto di calore specifico modifica
Trasformazioni adiabatiche e isodinamiche modifica
Trasformazioni reversibili: a V=cost e a p=cost modifica
La funzione di stato entalpia H modifica
Calore specifico Cp e fondente Cv modifica
Discussione della funzione Cp-Cv per i gas reali modifica
Espansione libera adiabatica di Joule: dipendenza di E e di H dalla sola T per i gas perfetti (def) modifica
Calcolo di E ed H modifica
Il I principio per le trasformazioni reversibili dei gas perfetti modifica
Calcolo di verifica dell'equivalente termodinamico secondo Mayer modifica
Relazione di Mayer Cp-Cv=R per i gas perfetti modifica
Calcolo del lavoro scambiato in una trasformazione reversibile di gas pefetto modifica
Adiabatica reversibile di un gas perfetto modifica
Equilibri chimici in fase gassosa modifica
Definizione di velocità di reazione modifica
Legge dell'azione di massa modifica
Deduzione cinetica della legge dell'azione di massa modifica
Relazione fra Kp, Kc, Kx modifica
Sistemi omogenei ed eterogenei modifica
Deduzione termodinamica della legge dell'azione di massa modifica
Dipendenza della costante d'equilibrio dalla temperatura modifica
Principio di Le Châtelier-Braun modifica
Equilibri chimici in soluzione modifica
Il contenuto delle soluzioni: molarità, molalità, normalità, cenno all'analisi volumetrica modifica
Legge della diluizione di Ostwald modifica
Coefficiente d'attività modifica
L'esponente idrogeno pH modifica
Influenza dello ione a comune modifica
Idrolisi modifica
Le soluzioni tampone modifica
Gli indicatori nelle reazioni di neutralizzazione modifica
Curve di neutralizzazione modifica
Il prodotto di solubilità modifica
Applicazioni analitiche del rpodotto di solubilità: meccesso di reattivo, lavaggio modifica
Precipitazione frazionata dei solfuri modifica
Precipitazione frazionata di due sali con uno ione a comune modifica
Solubilità dei solfuri negli acidi minerali modifica
Solubilità di alcuni solfuri nelle solfobasi modifica
Solubilità di alcuni precipitati nell'ammoniaca modifica
Equilibri chimici eterogenei modifica
L'equazione di Clausius Clapeyron modifica
Applicazione dell'equazione di Clausius Clapeyron al diagramma dell'acqua modifica
Termochimica modifica
Cenni di termochimica modifica
Relazione tra il calore di reazione a p e V costante modifica
Definizione di alcuni calori di reazione modifica
Le leggi della termochimica: legge di Hess modifica
Legge di Lavoisier-Laplace modifica
Legge di Kirckhoff modifica
Il secondo principio della termodinamica modifica
sare il liquido. Il docente osservò trabordare il thè, poi non sembrò più trattenersi: "E' stracolma. Non ce ne sta di più!". "Come questa scodellina, - replicò Nan-in - tu sei stracolmo dei tuoi pregiudizi e supposizioni. Come posso farti capire lo Zen, se prima non svuoti la tua scodellina?".