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Le leggi dei gas (1° legge Gay-Lussac: riscaldamento a pressione costante,…
Le leggi dei gas
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Riscrivendo le due leggi di Gay-Lussac usando la temperatura in Celsius invece della temperatura in Kelvin e facendo le opportune sostituzioni (T = t°C - 273 ; alfa = 1/273) si ottiene:
- V/T = Vo/273 nel caso di pressione costante
- p/T = p0/273 nel caso di volume costante
In entrambi i casi si osserva la proporzionalità diretta tra pressione (in Pa) o volume (in m3) e temperatura (in Kelvin).
Inoltre osservando i grafi delle due leggi, con la temperatura in °C, si osserva che il valore di -273°C rappresenta una temperatura limite, verificata sperimentalmente.
Un gas, essendo comunque composto da molecole in movimento, non può mai avere volume e pressione uguali a zero (quindi scendere nel grafico sotto l'asse delle scisse).
Per questa ragione la temperatura di -273°C viene definita zero assoluto e rappresenta lo zero nella scala assoluta delle temperature (Scala Kelvin)
Legge di Boyle
A temperatura costante, volume e pressione di un gas sono inversamente proporzionali:
pV = costante
Il grafico che rappresenta la legge di Boyle è un ramo di iperbole equilatera con il Volume sull'asse della ascisse e la Pressione sull'asse delle ordinate.
I gas perfetti (ideali)
La definizione di gas perfetto (ideale) arriva dopo una serie di scoperte compiute dalla chimica nel corso dell'Ottocento:
- Massa atomica: vengono calcolate le masse degli atomi di ogni elemento prendendo come riferimento la massa dell'atomo di carbonio 12 (12 unità di massa atomica);
- Massa molecolare: data dalla somma delle masse atomiche degli elementi che compongono la molecola;
- Mole di sostanza: quantità di sostanza numericamente uguale alla massa atomica o molecolare della sostanza;
- Numero di Avogadro: numero di particelle esattamente contenute in una mole (6,022 x 10^23)
- Volume molare: una mole di qualsiasi sostanza, alle condizioni di pressione ordinaria e a temperatura di 0°, occupa sempre 22,41 litri di volume.
Un gas perfetto è un modello ideale di gas. Le leggi viste valgono con gas reali che si comportano come gas perfetti (cioè a pressioni minime e temperatura lontana da quella di liquefazione (quindi elevata).
In queste condizioni le leggi dei gas possono essere riassunte in un'unica equazione, l'equazione di stato dei gas perfetti:
- R = costante universale dei gas = 8,31 J/(mol K)
- n = numero di moli
Nel caso in cui invece di n (numero di moli) si utilizzi N (numero di molecole) si ha un'altra costante, la costante di Boltzmann, pari a 1,38 x 10^-23 J/K