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GLI STATI DIAGGREGAZIONE DELLA
MATERIA
Lo stato gassoso
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Classificazione della materia
MATERIAComposizione
StrutturaProprietà
Trasformazioni
3 STATI DI AGGREGAZIONE
SOLIDO (volume e forma propri)LIQUIDO (volume definito e forma indefinita)
GASSOSO (volume e forma indefiniti)
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Stato gassoso
CaratteristicheNon hanno forma e volume proprio. Hanno struttura disordinata.Sono comprimibili, hanno densità molto più basse dei liquidi e deisolidi.
Forze intermolecolariLe forze intermolecolari sono molto deboli ed inferiori a quellecinetiche che tendono a disperdere le molecole.
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I liquidi hanno un volume proprio ma non hanno una formapropria. Sono praticamente incomprimibili. Hanno strutturadisordinata.
Le forze intermolecolari sono sufficienti a tenere vicine lemolecole ma non a mantenere l’ordine nella struttura.
Stato liquido
Caratteristiche
Forze intermolecolari
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5I solidi hanno un volume e una forma propria. Sonoincomprimibili. Hanno struttura ordinata.
Le forze intermolecolari sono sufficienti a tenere vicine lemolecole e a mantenere l’ordine nella struttura.
Stato solido
Caratteristiche
Forze intermolecolari
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Stato solido Stato liquido Stato gassoso
brinamento
sublimazione
fusione evaporazione
solidificazione condensazione
endotermiciesotermici
Passaggi di stato
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Unità di misura di pressione• SI : Pascal (Pa) 1 N m-2 ( 1kg m-1 s-2)• 1 bar = 105 Pa• 1 atm = 101325 Pa• 1 atm = 760 torr (mmHg)• 1 atm = 14.7 psi
PRESSIONE:forza per unità di area
A
FP =
I gas sono tra i sistemi chimici più semplici: presentano lo stessocomportamento indipendentemente dalla loro natura se la pressioneè sufficientemente bassa.
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Equazione di stato per gas ideali
Se la pressione del gas è sufficientemente bassa, i gas mostrano uncomportamento uniforme, indipendente dalla loro natura. C’è quindila possibilità di usare un “modello” che rappresenta il comportamentoal quale tendono tutti i gas al tendere a 0 della pressione.
Tale modello considera che il gas sia costituito da molecole con unvolume complessivo trascurabile rispetto a quelle del recipiente in cuisono contenute ed inoltre che non esista alcuna interazione tra diesse.
Equazione di stato: equazione che esprime la relazione tra leseguenti variabili termodinamiche: f (P, V, T) = 0
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I gas idealiAl tendere a 0 della pressione,per tutti i gas il prodotto PVm,tende ad uno stesso valore chedipende solo da T.
funzione di T ma indipendentedalla natura del gas.
Inoltre, al tendere a 0 dellapressione, il rapporto PVm/Ttende ad un valore che è lo stessoper tutti i gas indipendentementeda T.
)(lim0
=!
mP
PV
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Rcost lim0
==! T
PVm
P
RTPVm=
R: COSTANTE UNIVERSALE DEI GASR = 0.08206 atm l mol-1 K-1
= 8.3143 J mol-1 K-1
= 1.9872 cal mol-1 K-1
per n moli di gas:
nRTPV = Equazione di statoper i gas ideali
P→ atmV → ln → molT → K T(K)=T(°C) + 273.15R → 0.08206 atm l mol-1 K-1
⇒
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“Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di T e Pcontengono lo stesso numero di molecole”, quindi a temperatura epressione costante, il volume occupato da un gas è direttamenteproporzionale alla sua quantità (in moli).Definiamo il volume molare Vm (l·mol-1) come il volume occupato da1 mole di gas in determinate condizioni di T e P.
V ∝ n (a T e P cost)Vm (l·mol-1) = cost (a T e P cost)
Legge di Avogadro
Definendo come condizioni normali (STP - “Standard Temperature andPressure”)
T = O °C = 273,15 KP = 1 atm
Il volume occupato da una mole di qualsiasi gas in condizioninormali diventa
Vm = 22,414 l/mol
Azoto → 22,40 l Ossigeno → 22,40 l Idrogeno → 22,43 l
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2NaN3(s) 2 Na(l) + 3N2 (g)Δ
Tempo di gonfiaggio 20-60 millisecondi
MoS2 lubrificante
S migliore combustione
Fe2O3 intrappola il sodio metallico
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Le miscele di gas
1 0.5 ?
1 mol Ar,T = 273 K,
0.5 mol He,T = 273 K,
1 mol Ar + 0.5 mol He, T = 273 K,
La pressione parziale (Pi) di un gas componente di una miscela è lapressione che il gas eserciterebbe se occupasse da solo l’interovolume occupato dalla miscela alla stessa T.
L’equazione di stato dei gas perfetti è valida oltre che per i gas puri anche per igas in miscela poiché:• i gas si miscelano in modo omogeneo• ogni gas presente in una miscela si comporta come se fosse l’unico gaspresente (se non intervengono reazioni chimiche).
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Le miscele di gas idealiLegge di Dalton o dell’additività delle pressioni: la pressione totaleesercitata da una miscela di gas ideali è uguale alla somma dellepressioni parziali dei singoli componenti
......
IBA
A
tot
A
A
nnn
n
n
nX
++==
V
V
V
RT
nPRT
nPRT
nPIIBBAA
===
V)....(.....RT
nnnnPPPPPICBAICBAtot
+++=+++=
V
RTnPtottot
=
Si possono esprimere le pressioni parziali in funzione della frazionemolare del gas:
V
RTn P
V
RTn P tottotAA ==
tot
A
tot
A
n
n
P
P=
tot
tot
A
AP
n
nP =
PA = XA·Ptot
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GAS REALI
In realtà le molecole non sono masse puntiformi ma possiedono unvolume proprio; inoltre esistono delle interazioni tra le molecole.
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Equazioni di stato per i gas reali
Esistono equazioni approssimate che mantengono la semplicità formaledell’eq. di stato per i gas ideali. Tra queste:
Eq. di Van der WaalsPresupposti teorici:Le interazioni intermolecolari determinano una riduzione dell’efficaciadegli urti con le pareti.Le molecole non possono essere considerate puntiformi, ma hanno unadimensione finita.
I gas REALI seguono l’EQUAZIONE DI STATOsolo a BASSA P e ALTA T
Per descrivere più accuratamente il comportamento dei gas realibisogna correggere l’equazione di stato dei gas ideali.