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Chimica per il liceo/Le leggi dei gas: differenze tra le versioni

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Definiamo adesso delle grandezze che ci consentiranno di studiare lo stato gassoso:
=== Volume ===
[[File:Soviet jars.jpg|sinistra|miniatura|151x151px216x216px|contenitori di vetro di diversi volumi]]Il Volume è definito come la porzione di spazio occupata da un corpo. Esso viene misurato in m<sup>3</sup> ed in chimica, più spesso in litri  (dm<sup>3</sup>).
 
 
 
 
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=== Temperatura ===
[[File:Translational motion.gif|sinistra|miniatura|231x231px228x228px|La temperatura di un gas è la misura dell'energia cinetica media dei suoi atomi o molecole]]
La '''temperatura''' misura la capacità di un corpo di trasferire il calore. Un corpo caldo trasferirà spontaneamente il suo calore solo ad un corpo che abbia una temperatura più basso. Più precisamente essa è una misura dell'energia cinetica media delle particelle che costituiscono un corpo. Attenzione il calore è un energia, si misura in calorie o Joule, la temperatura indica la possibilità di trasferire calore e si misura in:
 
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''Importante: la temperatura determina la '''direzione del flusso di calore'''.''
 
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=== Pressione ===
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Le unità di misura della pressione sono diverse. Le più utilizzate sono:
 
'''Atmosfera''' (atm)
a) chilogrammo su centimetro quadrato (kg/cm<sup>2</sup>) o '''atmosfera''' (atm). Un'atmosfera corrisponde alla pressione esercitata dall'aria a livello del mare, ad una latitudine di 45°, alla temperatura di 0°C, con un'umidità relativa dello 0%.▼
 
▲a) chilogrammo su centimetro quadrato (kg/cm<sup>2</sup>) o '''atmosfera''' (atm). Un'atmosfera corrisponde alla pressione esercitata dall'aria a livello del mare, ad una latitudine di 45°, alla temperatura di 0°C, con un'umidità relativa dello 0%.
 
Il primo a misurare la pressione atmosferica a livello del mare fu Torricelli, in un famoso esperimento del 1644, in cui misurò che tale valore corrisponde alla pressione esercitata da una colonna di mercurio di 760 mm sulla superficie di 1 cm<sup>2</sup>
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<math>1\ atm = 760 \ mm\ Hg \ (o \ torr)</math>
</p>
b) '''Pasca'''l (Pa)
 
E' l'unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale. 1 Pa (pascal) corrisponde alla forza esercitata da 1 N (newton) sulla superficie di m<sup>2</sup>. (1 newton è la forza che, applicata alla massa di 1 kg produce un'accelerazione di 1 m/s<sup>2</sup>). Si tratta di una quantità troppo piccola per essere utilizzata in pratica, normalmente si utilizzano dei suoi multipli (in meteorologia l'ettopascal, hPa).
<p align="center">
<math>1\ atm = 101300\ Pa = 10131\ hPaN/m^2</math>
</p>
<p align="center"></p>▼
c) '''Bar'''▼
<math>1\ atm = 101325\ Pa </math>
</p>
▲c) '''Bar'''
 
1 bar è uguale a 10<sup>5</sup> Pa. Molto utilizzati anche i sottomultipli, ad esempio in meteorologia il millibar.
Nel sistema CGS è la forza esercitata da 106 dine su 1 cm<sup>2</sup>. ( 1 dina è la forza che, applicata alla massa di 1 g produce un'accelerazione di 1 cm/s<sup>2</sup>).
<p align="center">
<math>1\ atm=1013\ millibar=1013\ hPa</math>
1 atm = 1,013 Bar = 101.300 Pascal
</p>
Si definiscono ''condizioni normali'' (c.n.) di temperatura e pressione, la temperatura di 0 °C e la pressione di 1 atm.
 
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== Legge di Boyle ==
(r''elazione tra P e V con T costante'')
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[[File:Boyles Law.svg|sinistra|miniatura|259x259px|Diagramma P-V con dati originali di Boyle]]
Boyle dimostrò che mantenendo costante la temperatura il volume di una data massa di gas è inversamente proporzionale alla pressione esercitata su di esso:
<p align=center></p>
▲<p align="center"></p>
<p align="center">
<math>P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2 = K</math>
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<math>P\cdot V = K</math>
</p>
<p align="center"></p>
La curva che si ottiene ponendo in ascisse il volume ed in ordinata la temperatura è naturalmente un ramo di iperbole equilatera detta isoterma.
 
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Sostituendo i valori otteniamo: <math>P_f= 2/10 = 0,2\ atm</math>.
 
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== Legge di Charles o prima legge di Gay-Lussac ==
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Una bombola di ossigeno a 12 atm si trova a temperatura ambiente (20°C). Viene messa al Sole e la temperatura della bombola aumenta di 67°. Calcola la pressione interna del gas.
 
Usando la formula <math>P_i/T_i= P_f/T_f</math> l'incognita da trovare è la pressione finale P<sub>f</sub>. La formula inversa sarà: Pf = Pi • Tf / Ti. La temperatura va espressa in Kelvin, Ti = 293 K, Tf = 360 K. Pf= 12 atm • 360 K / 293 K. Pf = 14,7 atm.
 
La formula inversa sarà:
== Equazione di stato dei gas perfetti ==▼
 
<math>P_f=P_i\cdot T_f/T_i</math>
 
La temperatura va espressa in Kelvin, T<sub>i</sub> = 293 K, T<sub>f</sub> = 360 K.
 
<math>P_f=12\ atm\cdot 360\ K/293\ K</math>
 
<math>P_f=14,7\ atm</math>
 
▲== Equazione di stato dei gas perfetti ==
Le tre leggi dei gas possono combinarsi in un'unica relazione in cui compaiono contemporaneamente tutte e tre le variabili di stato.
 
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