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Lo stato gassoso
• Gas ideale (o perfetto)
• Particelle in movimento (casuale)
• Particelle con volume proprio trascurabile puntiformi
• Assenza di interazioni tra le particelle trasformazioni fisiche e non chimiche
• Urti elastici tra le particelle:
• En.meccanica (K+V) si conserva
• Gas reale Gas ideale
• Bassa pressione
• Alta temperatura
• Pressione
o Pascal (Pa)
o mm Hg
o atm
1 atm = 760 mm Hg = 101325 Pa
1 mm Hg = 1 torr
Pressione atmosferica
• Volume
o m3
o l1 m3 = 1000 l
• Temperatura regola il trasferimento di calore Q tra i corpi
Intervalli di congelamento ed ebollizione H2O P = 1atm
o °C 0-100
o °F 32-212
o K 273.15-373.15
t°F = 32+ (1.8 x t°C)
tK = t°C + 273.15
Temperatura critica: valore al di sopra del quale un gas per compressione non si
trasforma in liquido
• Un aeriforme che si trovi al di sopra della temperatura critica è detto gas
• Un aeriforme che si trovi al di sotto della temperatura critica è detto vapore
Legge di Avogadro: volumi uguali dello stesso gas o di gas diversi, nelle stesse condizioni di T e P contengono un ugual numero di molecole Volume e n° moli sono proporzionali
V = 22.414 l (0 °C ; 1 atm)
Densità: mV
g cm-3 g ml-1
Legge di Boyle: a T = cost V di una data massa di gas è inv. prop. alla P esercitata su di esso (isoterma)
P1 x V1 = P2 x V2 = K PV = K
isoterma
• Aumentando T l'isoterma si sposta verso l'esterno
• T2 > T1
• Legge di Charles: gas diversi a P = cost subiscono il medesimo aumento di V al variare della T
relazione tra V e T con P = cost (isobara)
y = ax + b
Vt = Volume alla temperatura di t°C
Vo = Volume alla temperatura di 0°C
V = KT
Legge di Gay-Lussac: gas diversi a V = cost subiscono il medesimo aumento di P al variare
della T
relazione tra P e T con V = cost (isocora)
Pt = Pressione alla temperatura di t°CPo = Pressione alla temperatura di 0°C
P = KT
Equazione di stato dei gas perfetti (o ideali)
• ricombina le tre leggi appena enunciate
PV = nRT
0.082
atm lR
mol Kcostante universale dei gas R
Il prodotto PV dipende solo dal numero n di particelle e NON dalla loro natura
M
g R TP
P V
Legge di Graham: la velocità con cui un gas esce da un foro di piccole dimensioni è inversamente
proporzionale alla radice quadrata del suo peso molecolare
Legge di Dalton: mescolando due o più gas in un recipiente, se non avviene nessuna reazione, la Ptot esercitata dalla
miscela gassosa è uguale alla somma delle pressioni parziali che i singoli componenti eserciterebbero
se occupassero da soli il recipiente
Ciascun componente gassoso si comporta come fosse da solo e contribuisce alla pressione totale in proporzione al suo numero di moli
n1 moli del gas 1
n2 moli del gas 2
nn moli del gas n
n1+ n2 +......+ nn= n moli di gas nel recipiente
Dividendo membro a membro l'equazione di stato di ciascun componente per l'equazione di stato della miscela si ottiene:
è detto frazione molare del componente imo
n.b. la somma delle frazioni molari di tutti i componenti deve essere = 1
La legge di Dalton si può riformulare come: la pressione parziale di un componente gassoso è pari al prodotto tra la sua frazione
molare e la pressione totale della miscela
toti iP P
Gas reali
• bassa P
• alta T
• Non trascurabilità del volume proprio delle molecole (effetto su V)
b: volume occupato da una mole di gas
Vreale = Videale – n x b
• Presenza di interazioni tra le molecole (effetto su P)
alte P predominio di forze attrattive
durata media maggiore degli urti tra le molecole
diminuzione degli urti per unità di tempo
Preale < Pideale
Pideale = Preale + a n2 / V2
PV = nRT gas ideale 2
2
nP a V nb nRT
V
gas reale
equazione di Van der Waals
In un recipiente dal volume di 3 litri, sono presenti 5 moli di elio e 2 moli di argon. Calcolare le pressioni
parziali dei gas alla temperatura di 45 °C.
5 He 2 Ar PV = nRT Ptot = nRT / V T = 273.15+45 = 318.15
7 0.082 318.1560.87
3
P Atmtot
560.87 43.48
7 P AtmHe
260.87 17.39
7 P AtmAr
0.81 g di un gas occupano alla temperatura di 273 K e 760 torr un volume di 0.412 L. Determinare il peso molecolare del gas.
A 20 °C e 730 torr un gas occupa un volume di 20 litri. Calcolare la pressione
esercitata alla temperatura di -50 °C.
A 20 °C e 730 torr un gas occupa un volume di 20 litri. Calcolare il volume occupato alla pressione di 2 atm mantenendo costante la temperatura.
• Calcolare il peso atomico assoluto del Carbonio 12
Pa = 12 u.m.a. x 1.6605 x 10-24 g/u.m.a. = 1.9926 x 10-23 g 2.0 x 10-23 g
• Calcolare quanto pesa 1 mole di CH4
Il peso relativo di CH4 è:
Pa = 16 u.m.a. x 1.6605 10-24 g/u.m.a. = 2.656 x 10-23 g 2.7 x 10-23 g
Peso di una molecola x NA = Peso di una mole
2.7 x 10-23 g x 6.022 x 1023 = 16.2594g 16 g
1 mole di CH4 è per definizione una quantità di metano pari a 16g
• Quante moli di acqua sono presenti in 27 mg di H2O?
Il peso relativo di H2O è: Peso molare 18 g/mol
27 mg = 2.7 10-2 g
• Quanto pesano 4.8 10-1 moli di anidride carbonica CO2
Peso relativo di CO2 è: Peso molare = 44 g/mol
• AsCl3 + H2S HCl + As2S3
2AsCl3 + 3H2S 6HCl + As2S3
NH3 + O2 NO + H2O
2NH3 + O2 NO + 3H2O
2NH3 + O2 2NO + 3H2O
2NH3 + 5O2 2NO + 3H2O
2NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
BCl3 + P4 + H2 BP + HCl
4BCl3 + P4 + 6H2 4BP + 12HCl
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
• Quante moli di Idrogeno e di Azoto devo far reagire per ottenere 0.35 moli di Ammoniaca?
H2+ N2 NH3
3H2+ N2 2NH3
Il rapporto numerico tra Idrogeno e Ammoniaca è: 2
Hn /
3NH
n = 3/2
indicato con x il numero di moli di Idrogeno necessarie per produrre 0.35 moli di Ammoniacapossiamo scrivere:
3 mol : 2 mol = x : 0.35 mol x = = 0.525 mol 0.53 mol
Il rapporto numerico tra Azoto e Ammoniaca è: nN2/nNH3
= 1/2
1 mol : 2 mol = x : 0.35 mol x = = 0.175 mol 0.18 mol
• Quanti grammi di Idrogeno e di Azoto sono necessari per sintetizzare 100 g di Ammoniaca?
Consideriamo il rapporto ponderale* Idrogeno/Ammoniaca
6 : 34 = x : 100 x = 17.65 g 18 g di H2
Poiché vi sono solo due reagenti ed il loro peso complessivo deve essere pari al peso dei prodotti (100 g), la quantità di Azoto che reagisce sarà:
100g –18 g = 82 g
Allo stesso risultato si può giungere risolvendo la proporzione impostata sul rapporto ponderale Azoto/Ammoniaca (28/34)
28 : 34 = x : 100
Allo stesso risultato si può pervenire procedendo con le moli
* Rapporto tra i pesi
• Facendo reagire 30 g di Idrogeno e Azoto in eccesso si ottengono 136g di Ammoniaca. Calcolare la resa della reazione.
H2+ N2 NH3
3H2+ N2 2NH3
La quantità teorica di Ammoniaca che si può sintetizzare si calcola attraverso una proporzione impostata sul rapporto ponderale Idrogeno/Ammoniaca = 6/34
6g : 34g = 30g : x x = 170g di Ammoniaca
La resa della reazione è pertanto:
• 300g di un composto di Sodio, Zolfo e Ossigeno contengono 97.2 g di Sodio e 67.5 g di Zolfo. Determinare la formula minima NaxSyOw del composto.
Il numero di moli contenute in 97.2 g di Sodio è:
Il numero di moli contenute in 67.5 g di Zolfo è:
Il numero di moli contenute in 135.3 g di Ossigeno è:
Il rapporto numerico di combinazione tra gli elementi è dunque:Na: 4.2S: 2.1O: 8.5
Na/S/O = 4.2/2.1/8.5
dividendo tutto per il più piccolo numero di moli 2:1:4
Na/S/O = 2/1/4 Na2SO4
• L’analisi qualitativa e quantitativa di un composto di Peso molecolare pari a 180 u.m.a. ha fornito i seguenti risultati 40% di Carbonio, 6.6% di Idrogeno e 53.4% di Ossigeno. Determinare la formula molecolare CxHyOw
Prendiamo arbitrariamente in considerazione 100 g di composto che sono costituiti da 40g di C, 6.7g di H e 53.3g di O
C/H/O = 3.3 : 6.6 : 3.3 = 1 : 2 : 1
C1H2O1 peso formula 30 u.m.a.
rapporto tra peso molecolare e peso formula 180/30 = 6
la formula molecolare può essere ottenuta moltiplicando per 6 tutti gli indici della formula minima
C1H2O1 x 6 = C6H12O6
• Calcolare che percentuale di Ferro è presente nei composti FeS2 ed Fe2O3
Il peso molare del solfuro di ferro è:
La percentuale di Ferro presente è 55.85/121.05 = 0.46138 46.138%
Il peso molare dell’ossido ferrico è:
La percentuale di Ferro presente è 111.70/159.70 = 0.69944 69.944%
• Calcolare la massa in grammi di mercurio presente in 76.92 g di livingstonite (HgSb4S8).
• 400g di un composto di Potassio, Ossigeno e Cromo contengono 160.3 g di Potassio e 106.6 g di Cromo. Determinare la formula minima KxCryOw del composto.
• 121.5 g di un composto di Potassio, Ossigeno e Cromo contengono 32.30 g di Potassio e 46.15 g di Ossigeno. Determinare la formula minima KxCryOw del composto.
• Quanti atomi di Ossigeno sono contenuti in 196.18 mg di H2SO4?
• Determinare il peso in grammi dei vari elementi costituenti contenuti in 3 moli di ankerite CaFe(CO3)2
L’analisi elementare di una specie chimica ha fornito i seguenti risultati: C = 54.50%; H = 9.14%; O = 36.36%. Dal momento
che 2.25 g di questa specie occupano 910cm3 alla temperatura di 150°C e alla pressione di 740.0 torr, determinare la
formula molecolare del composto.
Formula minima
Una miscela gassosa costituita dal 30% di SO2, dal 45% di O2 e dalla restante parte di SO3 (percentuali in peso) pesa complessivamente
200g ed è contenuta in un recipiente dal volume di 10.0 L alla temperatura di 100°C. Calcolare le pressioni parziali di ciascun gas.