Progetto
“Lauree Scientifiche”
Leggi dei Gas
e Calcimetria
Dott. Mattia Mercuriali
DIPARTIMENTO DI CHIMICA
UNIVERSITÀ DI FERRARA
Progetto
“Lauree Scientifiche”
Leggi dei Gas
Legge di Boyle
Legge di Charles
V  K T
p  V  K (T )
Legge di Avogadro
V  K n
pV  nRT
Legge di Stato dei Gas Ideali
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“Lauree Scientifiche”
pV  nRT
•p è il valore della pressione del gas
•V è il volume occupato dal gas
•n è il numero di moli del gas
•R è la costante universale dei gas, il cui valore è funzione delle unità di misura
adottate per esprimere le altre grandezze nell'equazione. (Il valore di R nel Sistema
Internazionale è 8,314472 J/mol·K; nei calcoli si utilizza spesso anche il valore di
0,0821 L·atm/mol·K).
•T è la temperatura assoluta del gas, generalmente espressa in Kelvin
L'equazione di stato dei gas perfetti descrive bene il comportamento dei gas reali per
pressioni non troppo elevate e per temperature non troppo vicine alla temperatura di
liquefazione del gas. In questi casi, una migliore descrizione del comportamento del gas è
dato dall'equazione di stato di Van der Waals.
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Legge di Van der Waals
La legge di Van der Waals è una legge fisica che descrive il comportamento dei gas.
Rappresenta un'estensione della legge dei gas perfetti (o ideali), rispetto alla quale
consente una migliore descrizione dello stato gassoso per le alte pressioni e in
prossimità del punto di ebollizione.
pV  nRT
2

n 
 p  a 2   V  nb   nRT
V 

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Calcimetro
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È una apparecchiatura che consente di determinare la quantità di gas
che si sviluppa in una reazione chimica di spostamento.
Dal volume di gas misurato, ammettendo valide le leggi dei gas ideali,
si risale alla quantità di composto presente nel campione di partenza.
A) Boccia di livello
B) Buretta graduata per gas.
C) Rubinetto
T) Recipiente termostatico
R) Camera di reazione
P) Provetta per HCl
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PROCEDIMENTO GENERALE
•Si pesano esattamente circa 0,6 g di
un campione contenente una
quantità incognita di CaCO3.
•Si mette in contatto il campione
pesato con un eccesso di HCl al 6%.
•Il CaCO3 reagisce con l'HCl e il
volume di CO2 formatosi viene
raccolto e misurato con il calcimetro.
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•
Con il recipiente R aperto e con il rubinetto C aperto, manovrando la
boccia A si porta a zero il livello del liquido battente, (solitamente acqua
acidulata cui si è aggiunto un indicatore).
•
Si mette una quantità esattamente pesata di campione in R.
•
Si introduce cautamente in R la provettina riempita fino al segno con
HCl al 6% stando attenti che l’acido non venga ancora a contatto con il
campione.
•
Si chiude il tappo di R e il rubinetto C.
A questo punto l'apparecchio è pronto per la misura.
•
Scuotendo R si fa in modo che l'acido contenuto in P venga in contatto
con la polvere del campione determinando quindi lo svolgimento di CO2.
•
•
La CO2 sposterà un equivalente volume di aria che farà abbassare il
liquido battente in B.
Manovrando la boccia di livello, si faranno corrispondere i livelli in A e
in B.
In queste condizioni si può dire che in B è contenuto il gas alla
pressione atmosferica letta sul barometro al momento dell'esperienza.
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Il processo che avviene in R sarà:
CaCO3 + 2 HCl
Carbonato
di Calcio
Acido
Cloridrico
CaCl2 + CO2 + H2O
Cloruro di
Calcio
Anidride
Carbonica
Acqua
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CaCO3 + 2 HCl
CaCO3
CaCl2 + CO2 + H2O
Puro, a temperatura ambiente è un solido bianco
poco solubile in acqua.
Come gli altri carbonati, subisce decomposizione per
riscaldamento o per contatto con sostanze acide,
liberando anidride carbonica (CO2).
Il carbonato di calcio è il maggiore componente del
calcare e, sciolto nell'acqua è il principale responsabile
della sua durezza.
In natura, il carbonato di calcio è il materiale che
costituisce, in tutto o in parte, una grande varietà di
tipi di rocce: il marmo, il gesso, le rocce calcaree, il
travertino. I minerali costituiti da carbonato di calcio
sono l'aragonite e la calcite.
È inoltre usato come colorante alimentare, identificato
dalla sigla E 170
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CaCO3 + 2 HCl
HCl
CaCl2 + CO2 + H2O
L'acido cloridrico (nome IUPAC: cloruro di idrogeno;
commercialmente noto anche come acido muriatico) è un
acido minerale forte, gas a temperatura ambiente,
incolore, dall'odore e dall'azione irritante.
I suoi sali vengono chiamati cloruri e sono quasi tutti
solubili in acqua, un'eccezione (comunemente sfruttata in
analisi chimica) è il cloruro d'argento, bianco. Il cloruro
più universalmente noto è il cloruro di sodio, il normale
sale da cucina.
Come additivo alimentare, è classificato col numero E 507.
Negli esseri umani e negli animali è il componente principale dei succhi gastrici che
si formano nello stomaco durante la digestione. È molto solubile in acqua con
reazione esotermica, in forma concentrata può causare gravi ustioni per contatto
con la pelle, specie se quest'ultima presenta lesioni.
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CaCO3 + 2 HCl
CaCl2
CaCl2 + CO2 + H2O
A temperatura ambiente si presenta come
polvere cristallina bianca, molto igroscopica,
molto solubile in acqua e abbastanza solubile in
etanolo.
Uno degli impieghi del cloruro di calcio è, in
soluzione acquosa, quello di liquido non
congelante, di largo impiego nelle salamoie
degli impianti frigoriferi. Per queste sue
proprietà è anche usato come antigelo
superficiale, ad esempio sulle strade : sparso in
forma solida, a contatto col ghiaccio scambia
acqua, fonde, e crea una salamoia a basso punto
di congelamento.
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CaCO3 + 2 HCl
CO2
CaCl2 + CO2 + H2O
L'anidride carbonica (nota anche come diossido di
carbonio o biossido di carbonio) è una sostanza
fondamentale nei processi vitali delle piante e degli
animali. È inoltre il principale gas serra presente
nell'atmosfera terrestre.
A temperatura e pressione ambiente è un gas incolore
e inodore. La sua formula chimica è CO2. Nel suo
stato di solido è comunemente chiamato "ghiaccio
secco", ed ha numerose applicazioni in questa forma.
Sublima ad una temperatura di -78°C.
L'anidride carbonica solida, ossia il ghiaccio secco, viene usata per raffreddare e, negli
effetti speciali, per creare la nebbia. In un'atmosfera di anidride carbonica il fuoco si
spegne, per questo alcuni tipi di estintore contengono anidride carbonica liquida sotto
pressione. Anche i giubbotti salvagente spesso contengono capsule di anidride carbonica
liquida, usate per ottenere un rapido gonfiaggio in caso di emergenza. Le acque minerali
frizzanti e le bibite gassate devono la loro effervescenza all'aggiunta di anidride carbonica.
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CaCO3 + 2 HCl
H 2O
CaCl2 + CO2 + H2O
L'acqua assume molte forme in natura. Allo stato solido è nota
come ghiaccio, allo stato aeriforme è nota come vapore acqueo.
Sono note anche altre due forme solide, quella del ghiaccio
vetroso e quella del solido amorfo, non cristallino, simile al
vetro.
L'acqua pura è un buon isolante elettrico (cioè un cattivo
conduttore). Ma, essendo anche un buon solvente, spesso reca
in sé tracce di sali disciolti in essa, che, con i loro ioni la
rendono un buon conduttore di elettricità.
Chimicamente l'acqua è un buon solvente. Le proprietà solventi dell'acqua sono essenziali
per gli esseri viventi, dato che consentono lo svolgersi delle complesse reazioni chimiche
che costituiscono le basi della vita stessa (ad esempio, quelle che avvengono nel sangue o
nel citoplasma della cellula). Il nome sistematico IUPAC dell'acqua dovrebbe essere
monossido di diidrogeno, oppure idrossido di idrogeno o acido ossidrilico se se ne vuole
enfatizzare il comportamento basico o acido.
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Determinazione della percentuale di CaCO3 presente nella
miscela incognita di partenza
Esempio:
Massa del campione (m) = 0.5852 g
Peso molecolare del CaCO3 (PM) = 100.0 g/mol.
Volume del gas (V) = 45.2 mL = 0.0452 L
Temperatura a cui avviene la reazione (T) = 20 °C (295 K)
Pressione totale (p) = 738.2 Torr
Costante dei Gas ideali (R) = 0.0821 atm*L/K*mol
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Formule utili
•Legge di stato dei Gas ideali
pV  nRT
•Calcolo delle moli
n  m PM
p = Pressione
V = Volume
n = Numero di moli
R = Costante dei gas
ideali
T = Temperatura
m = massa
PM = Peso Molecolare
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pV  nRT
n  m PM
pV
n
RT
m  n  PM
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pV
 
 
n

 m  100 
 
 n
  PM


%m
RTm
738.2 atm  0.0452 L
n
 0.0018mol 
760  0.0821 L
atm 100
mol  K  293 K
mCaCO
3x
%3CaCO
 30.76
%
mCaCO
 03 .x
0018 mol
100
g
/
mol
0
.
18( g )
mCampione
Campione
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Conclusioni
•La percentuale (%) di CaCO3 presente nella miscela di campione
inziale è pari al 30.76%
•Tramite una semplice reazione chimica e l’applicazione di una
comune legge fisica, siamo riusciti a determinare la purezza di un
campione incognito.
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