Introduzione alla chimica

Termini

• Costante dei gas idealiR = 8.3145 J-mol-1-K-1
• Gas idealeUn gas le cui particelle non presentano alcun tipo di interazione attrattiva; alle alte temperature e alle basse pressioni, i gas si comportano in modo quasi ideale
• energia cineticaL’energia posseduta da un oggetto a causa del suo movimento; Nella teoria cinetica dei gas, l’energia cinetica delle particelle di gas dipende solo dalla temperatura

Tutti i gas sono modellati sui presupposti della teoria cinetica della materia, che presuppone che tutta la materia sia fatta di particelle (cioè atomi o molecole).Cioè atomi o molecole); ci sono spazi tra queste particelle, e le forze di attrazione diventano più forti quando le particelle convergono. Le particelle sono in costante movimento casuale e si scontrano tra loro e con le pareti del contenitore in cui sono racchiuse. Ogni particella ha un’energia cinetica intrinseca che dipende solo dalla temperatura.

Un gas è considerato ideale se le sue particelle sono così distanti che non esercitano alcuna forza attrattiva l’una sull’altra. Nella vita reale, non esiste un gas veramente ideale, ma ad alte temperature e basse pressioni (condizioni in cui le singole particelle si muovono molto velocemente e sono molto distanti l’una dall’altra in modo che la loro interazione sia quasi nulla), i gas si comportano in modo quasi ideale; questo è il motivo per cui la legge dei gas ideali è un’approssimazione così utile.

Equazione della legge dei gas ideali

L’equazione dei gas ideali è data da:

\displaystyle{PV=nRT}

Le quattro variabili rappresentano quattro diverse proprietà di un gas:

• Pressione (P), spesso misurata in atmosfere (atm), kilopascal (kPa), o millimetri di mercurio/torr (mm Hg, torr)
• Volume (V), dato in litri
• Numero di moli di gas (n)
• Temperatura del gas (T) misurata in gradi Kelvin (K)

R è la costante dei gas ideali, che assume forme diverse a seconda delle unità utilizzate. Le tre formulazioni più comuni di R sono date da:

displaystyle{8.3145\frac {testo{L} \cdot \kPa}{testo{K} \cdot \text{mol}}=0.0821\frac{\text{L} \cdot \testo{atm}}{testo{K} \cdot \text{mol}}=62.4\frac{\text{L}

Esempio 1

Una scatola da 20 L contiene una quantità fissa di gas alla temperatura di 300 K e 101 kPa di pressione. Quante moli di gas sono contenute nella scatola?

PV=nRT

displaystyle{n=frac{PV}{RT}=frac{(101 kPa)(20 L)}=(8.3145 L} \cdot \kPa} \cdot K^{-1} \cdot \testo{mol}^{-1}) \cdot \testo{300 K}={0.8 }

Esempio 2

Calcolare il numero di moli di gas contenute in una casa gonfiabile con un volume di 20.63 metri cubi, una temperatura di 300 Kelvin, e una pressione di 101 kPa.

{displaystyle{PV=nRT}

displaystyle{frac{PV}{RT}=n \cdot n=\frac{101{ kPa} \cdot (20,63{ metri cubi})}(8,3143{ J/mol}) \cdot K(300K)}

L’equazione del gas ideale ci permette di esaminare la relazione tra le proprietà non costanti dei gas ideali (n, P, V, T) finché tre di queste proprietà rimangono fisse.

Per l’equazione del gas ideale, si noti che il prodotto PV è direttamente proporzionale a T. Questo significa che se la temperatura del gas rimane costante, la pressione o il volume possono aumentare finché la variabile complementare diminuisce; questo significa anche che se la temperatura del gas cambia, ciò può essere dovuto in parte a un cambiamento nella variabile della pressione o del volume.

L’equazione del gas ideale è uno strumento prezioso che può dare un’ottima approssimazione dei gas ad alte temperature e basse pressioni.