Chimica fisica/Teoria cinetica dei gas

La teoria cinetica dei gas è un modello usato per descrivere il moto dei gas: ci immaginiamo che i gas siano formati da un enorme numero di particelle molto piccole, come gli atomi e le molecole, che sono in un continuo movimento caotico, che si urtano fra loro e urtano le pareti del contenitore che lo contengono.

L'urto delle particelle contro le pareti del contenitore crea una pressione misurabile che il gas esercita sulle pareti del contenitore. Mentre il tipo di molecola, la sua velocità, la frequenza degli urti determina la temperatura del gas in quel contenitore. Il contenitore avrà un determinato volume.

La temperatura di un gas ideale monoatomico è direttamente proporzionale all'energia cinetica media dei suoi atomi. In questo caso è riprodotto in scala il comportamento di atomi di Elio ad una pressione $2\cdot 10^{9}\ Pa$ e una temperatura di $2\cdot 10^{-7}\ K$

Gas reali e gas in condizioni ideali

Per fare dei calcoli si usano fare delle approssimazioni, cioè si distinguono i gas in gas reali e gas ideali. Un gas reale è un qualunque gas nelle condizioni di pressione e temperatura normali.

Per gas ideale si intende un gas estremamente rarefatto e lontano dal suo punto di condensazione, ossia il gas si trova a bassa pressione e alta temperatura, così definito:

Descrizione microscopica del gas perfetto

• un gas ideale è costituito da sferette di tipo elastico
• con dimensioni piccole rispetto al volume del recipiente
• le particelle si muovono velocemente in linea retta
• non esistono interazioni di attrazione o repulsione fra le particelle (ossia di energia potenziale trascurabile)
• le particelle sono in costante moto casuale
• le particelle urtano le pareti del recipiente o le altre particelle
• la pressione è dovuta agli urti delle particelle sulle pareti del contenitore
• conseguenza: l'unica forma di energia è quella cinetica

Variabili termodinamiche

Pressione, volume e temperatura sono le variabili termodinamiche che descrivono lo stato termodinamico del sistema.

Equilibrio termodinamico dei gas

Si dice che un gas si trova in equilibrio termodinamico quando si trova in modo univoco in tre condizioni:

• equilibrio meccanico di forze cioè la pressione deve essere uguale dappertutto
• equilibrio chimico ossia il gas non deve essere un sistema chimico e non ci sia diffusione di molecole
• equilibrio termico ossia non deve esserci nessuna differenza di temperatura fra due parti del gas