Un gas è un insieme di atomi, di molecole oppura una miscela dei precedenti, presenti in forma gassosa; questa forma rappresenta uno stato della materia, nel quale la materia non assume forma propria ma il è determinata dal recipiente che la contiene. La pressione e il volume occupato dipendono, in altre parole, dal contenitore nel quale il gas è presente. Allo stato gassoso le molecole, o gli atomi, non sono coesi tra loro nemmeno attraverso il legame debole ma assumono una caratteristica di entità indipendente.
I gas fanno parte dello stato aeriforme della materia e differiscono dal vapore per la loro stabilità a temperatura ambientale; ad esempio il monossido di carbonio è un gas stabile poiché, a temperatura e pressione ambientale, permane nello stato gassoso. Il vapore acqueo non è, a tutti gli effetti un gas, poiché - affinché esso si generi - è necessario somministrare all'acqua calore (oppure diminuire la pressione del sistema nel quale l'acqua è presente). A temperatura ambientale, in altre parole, il vapore acqueo condensa formando l'acqua.
La materia allo stato gassoso tende ad occupare il massimo volume disponbile, distanziando le proprie particelle al massimo permesso. Tuttavia, agendo sulla pressione, ad esempio comprimendo il gas attraverso un pistone e uno stantuffo, le particelle si avvicinano tra loro diminuendo, anche notevolmente, il volume occupato.
L'unità di misura associata ai gas è la mole anche se, raramente, vengono utilizzate altre unità relative al volume oppure al peso.
Equazione di stato dei gas
L'equazione di stato dei gas è l'equazione che correla le variabili di stato e permette di determinare le proprietà termodinamiche a partire dalla pressione, dalla temperatura e dal volume. In realtà, una equazione esatta, aderente totalmente alla chimica particellare sarebbe molto complessa e, per questa ragione, si adoperano modelli sperimentali più semplici che, anche con una buona approssimazione, si adattano a quanto sperimentalmente osservabile nel comportamento dei gas.
Equazione di stato dei gas perfetti
Quando il gas è presente in uno stato a bassa densità, oppure a bassa pressione, è possibile semplificare l'equazione di stato dei gas trattando la materia gassosa come un gas ideale o un gas perfetto. La definizione di gas perfetto asserisce che "un gas perfetto è un gas le cui particelle (ioni, atomi o molecole si muovono con moto casuale, non interagiscono tra loro e il loro volume occupato possa ritenersi trascurabile".
L'equazione di stato dei gas perfetti è la seguente:
{eq}PV = nRT{/eq}
P = Pressione;
V = Volume;
n = Numero di moli;
R = costante universale dei gas (8.14 Joule/mol * K;
T = Temperatura.
L'equazione dei gas perfetti mette in correlazione la pressione, il volume e la temperatura; questi parametri agiscono come
variabili di stato.
Leggi dei gas
Le leggi che governano il comportamento dei gas, mettono in correlazione le rispettive variabili di stato (pressione, temperatura e volume) in caso di modifiche alle stesse, ad esempio durante una fase di trasformazione.
Leggi dei gas
| Legge |
Tipo di trasformazione |
Equazione in °C |
Equazione in Kelvin |
|---|
| Legge di Boyle |
Trasformazione isoterma |
{eq}PV = k{/eq} |
|
| Prima legge di Gay-Lussac |
Trasformazione isobara |
{eq}V = V_{0} + \frac{1}{273}\cdot t{/eq} |
{eq}V/T = k{/eq} |
| Seconda legge di Gay-Lussac |
Trasformazione isocora |
{eq}P = P_{0} + \frac{1}{273}\cdot t{/eq} |
{eq}P/T = k{/eq} |
Trasformazione di stato dei gas
La somministrazione di energia ad un gas determina una vibrazione delle molecole o degli atomi che lo formano; in questo evento le particelle inizieranno a muoversi e acquisiranno velocità, per questo motivo il gas si trasforma in plasma. In questo stadio il disordine e la velocità delle particelle aumenta.
La liquefazione di un gas avviene quando la mobilità delle molecole diminuisce, semplicemente aumentando la pressione o abbassando la temperatura del sistema. Se la pressione è elevata, se cioè quindi la mobilità della sostanza gassoa è drasticamente ridotta il gas passa allo stadio solido attraverso il processo di solidificazione.
L'atomo e la sua struttura: Nucleo (protone, neutrone) e guscio esterno (elettrone).
Proprietà dell'atomo: Numero atomico, numero di massa, peso atomico, raggio atomico.
Specie chimiche: Ossidi.
Meccanica quantistica dell'elettrone: Ipotesi di De Broglie, orbitale atomico, numero quantico principale, numero quantico secondario, spin, salto quantico.
Configurazione elettronica: ibridizzazione sp3, ibridizzazione sp2, ibridizzazione sp, struttura di Lewis.
Legame chimico: Legame debole, legame ionico, legame metallico. Regola dell'ottetto, legame covalente, legame covalente dativo, energia di legame.
Stato della materia: Solido, liquido, aeriforme (gas).
Chimica delle soluzioni: Soluzione (solvente e soluto), concentrazione (molarità , normalità , frazione molare). Idrolisi, prodotto ionico dell'acqua.
Equilibrio chimico: Legge di azione di massa, costante di equilibrio.
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