2015 – 2016
CCS - Biologia
CCS – Scienze Geologiche
I gas e loro proprietà
Cap 11. 1 - 7, 9 - 12, 15 - 24, 27 - 28, 31 - 33, 37 - 40, 52, 93 - 96
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Proprietà Generali dei Gas
• I gas possono essere
espansi all’infinito.
• I gas occupano i loro
contenitori uniformemente
e completamente.
• I gas diffondono e si
miscelano rapidamente.
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Proprietà dei Gas
Le quattro importanti proprietà misurabili dei gas sono:
volume, temperatura, pressione e massa.
• V = volume del gas (L)
• T = temperatura (K)
• n = quantità di sostanza (mol)
• P = pressione (atmosfere)
1 atm = 760 mm Hg
Gas: H2 N2 O2 F2 Cl2 He Ne
CO CO2 NO2 SO2
CH4
Ar
PRESSIONE
La pressione si definisce come la forza esercitata per
unità di superficie
moneta su un piano
F peso della moneta
A area della moneta
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Barometro e Manometro
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• Il barometro viene impiegato per la misura della pressione
atmosferica.
• Un manometro viene impiegato per la misura della
pressione di un campione di gas.
L’altezza della colonna misura la P atmosferica
1 atm standard = 760 mm Hg
L’unità SI della pressione è il PASCAL, Pa,
1 atm = 101.325 kPa
La Pressione viene
misurata in relazione alla
differenza di altezza, Δh,
del mercurio nei due rami
del manometro.
La legge di Boyle
per una data quantità di gas a temperatura costante,
il volume del gas è inversamente proporzionale alla sua pressione
P1V1 = cost. = P2V2 (n e T costanti)
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Legge di Charles
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A pressione costante, il volume di una data
quantità di gas è direttamente proporzionale alla
sua temperatura assoluta.
V=kT
(T in Kelvin, P = cost.)
–273,15 °C è lo zero assoluto (0 K), ovvero la temperatura
alla quale il volume dei gas si annulla.
Legge di Avogadro
Amedeo Avogadro 1811
Il volume di un gas, a temperatura e pressione costanti, è
direttamente proporzionale al numero di moli del gas.
V∝n
(T, p costanti)
Uguali volumi di gas alla stessa temperatura e pressione,
contengono un egual numero di molecole. Il volume
molare e’ lo stesso.
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Legge di Boyle
Legge di Charles
Ipotesi di Avogadro
Legge dei Gas Ideali
P V = n R T
R (costante universale dei gas) = 0,082 L•atm/K•mol
Può essere derivata da dati sperimentali o ricavata
teoricamente (teoria cinetica dei gas).
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Uso di PV = nRT
Quanto N2 è necessario per riempire un pallone del
volume di 27000 L a P = 745 mm Hg e T = 25 oC?
R = 0.082 L•atm/K•mol V = 27000 L
T = 25 oC + 273 = 298 K
P = 745 mm Hg (1 atm/760 mm Hg) = 0.98 atm
n = PV / RT
n = 1.1 x 103 mol (o circa 30 kg di gas)
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Densità dei gas
La densità è definita come
Per un gas ideale
Quindi
e si ottiene
PV=n R T
dove
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I Gas nelle reazioni
2 H2O2(liq)  2 H2O(g) + O2(g)
1.1 g di H2O2 si decompongono in un pallone da
2.50 L. Quale è la pressione di O2 a 25 oC?
Quale quella di H2O?
PV = nRT
Strategia:
Calcolare le moli di H2O2 dai dati forniti, e poi
le moli di O2 ed H2O tenendo conto del fattore
stechiometrico
Successivamente, calcolare P da n, R, T, e V.
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Soluzione
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P di O2 = 0,016 atm
Essendo il rapporto stechiometrico H2O2 /H2O pari a 1 le moli
di H2O saranno pari a 0,032 mol, e la P di H2O = 0.032 atm
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Volume Molare
Il volume molare è il volume occupato da una mole di gas.
Per un gas ideale in condizioni standard (STP) (273,15 K, 1
atm) il volume molare vale 22,414 L
PV = nRT
1 atm x VM = 1 mol x 0,082 (L atm/mol K) x 273,1 K
VM = 22,414 L
Gas ideale
22.41
Argon
22.09
Biossido di carbonio
22.26
Azoto
22.40
Ossigeno
22.40
Idrogeno
22.43
Miscele di gas
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Ciascun gas in una miscela, contribuisce con la sua
pressione parziale alla pressione totale come se agisse
indipendentemente da tutti gli altri
La legge delle pressioni parziali (o di Dalton)
Dalton stabilisce che
la pressione totale di una miscela di gas è uguale alla
somma delle pressioni parziali dei singoli componenti la
miscela:
P
= P + P +P + …
TOT
A
B
C
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Le singole pressioni parziali seguono la legge dei gas ideali
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Frazione molare
Data la miscela omogenea A + B + C + …
chiamiamo frazione molare della specie A il rapporto:
X A = moli di A / moli A + moli B + moli C + …
o della specie B
X B = moli di B / moli A + moli B + moli C + …
La somma di tutte le frazioni molari dei componenti di una
miscela è pari a 1
X A + X B + XC + … = 1
Nota la pressione totale e la composizione di una
miscela di gas le pressioni parziali sono
da cui
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Legge di Dalton
delle Pressioni Parziali
2 H2O2(liq)  2 H2O(g) + O2(g)
0.032 atm 0.016 atm
Qual’è la pressione totale nel pallone?
Ptotale nella miscela gassosa = PA + PB + ...
Perciò, Ptotale = P(H2O) + P(O2) = 0.048 atm
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Deviazioni dalla Legge dei Gas Ideali
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Le molecole reali possiedono un volume proprio ed
esercitano reciproche attrazioni
Gas ideale
La molecola
blu NON
interagendo
con le altre
urta la parete
con notevole
forza.
© 2009 Brooks/Cole - Cengage
Gas reale
Le forze di attrazione
che esistono tra la
molecola blu e quelle
rosse rallentano il
moto delle molecole;
la molecola blu urta
la parete con minore
forza; la pressione è
minore.
Deviazioni dalla Legge dei Gas Ideali
L’EQUAZIONE di VAN DER WAALS tiene conto del
volume delle molecole, e delle forze intermolecolari.
V misurato = V(ideale)
P misurata
(
P
2
n a
+ ----V2
)
Correzione per le
forze
intermolecolari
V
- nb
nRT
Correzione per il volume
Per Cl2 gassoso a = 6.49, b = 0.0562
Per 4.0 mol Cl2 in un serbatoio di 4.0 L a 100.0 oC.
P (ideale) = nRT/V = 30.6 atm
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P (van der Waals) = 26.0 atm
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DIFFUSIONE ed EFFUSIONE
dei GAS
Bromo(l)
DIFFUSIONE: mescolamento di due o
più gas dovuto ai movimenti molecolari
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EFFUSIONE: movimento di un gas
attraverso una fessura per effetto di
una differenza di pressione.
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Viene espressa come una velocità: mol/tempo ed è
proporzionale alla T ed inversamente alla Massa molare del
gas
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