Equilibrio dei gas

Pressione di un gas

La pressione è definita come il rapporto tra una forza e la superficie su cui agisce : $p=\frac{F}{A}$ . Si misura in Pascal $Pa\ (N/m^2)$ o in atmosfere $atm \ (1{,}01 \cdot 10^5 \ Pa)$ .

Nei gas le molecole si muovono in modo disordinato esercitando così una pressione sulle pareti del recipiente che le contiene.

Esempio

Per misurare la pressione di un gas, si può considerare un pistone contenente del gas.

Le molecole del gas urtano contro il pistone dall'interno causandone uno spostamento verso l'alto, mentre i pesi sul pistone e la pressione atmosferica esercitano pressione sul gas dall'esterno.

Se il pistone è fermo, significa che la pressione esercitata dal gas verso l'esterno è uguale alla pressione esercitata verso l'interno, cioè:

pressione gas = pressione pistone + pressione atmosferica

Equazione di stato

Lo stato di equilibrio di un gas è caratterizzato dalla sua pressione, volume, temperatura e quantità di gas.

Se varia una di queste grandezze, anche le altre si modificano e l'equilibrio del gas viene alterato.

La relazione tra queste grandezze in uno specifico stato di equilibrio è detta equazione di stato del gas. Il passaggio da uno stato di equilibrio ad un altro è detto trasformazione.

Esempio

Se schiacciamo un palloncino, la pressione del gas all'interno aumenterà, poiché diventa uguale alla pressione già presente sommata a quella che stiamo esercitando sul palloncino.

In questo modo, infatti, diminuisce il volume del palloncino, provocando anche un cambiamento della temperatura del gas.

Legge di Avogadro

A parità di pressione, temperatura e volume, gas diversi hanno masse diverse.

Vale però la legge di Avogadro:

Volumi uguali di gas diversi, a parità di pressione e temperatura, contengono lo stesso numero di atomi e molecole.

Moli e numero di Avogadro

Una mole è la quantità di gas che contiene un numero di molecole o atomi uguale al numero di Avogadro:

$N_A=6{,}02 \cdot 10^{23}$

Alla pressione di $1\ atm$ e temperatura $0^oC$ , una mole di qualunque gas occupa un volume $22,4$ litri.

La massa molare di un gas è definita come la massa di una mole di quel gas.

Nota bene: attraverso il peso di una mole di un gas, il numero di Avogadro permette di trovare la massa di un suo atomo:

$m_{atomo}=\frac{m_{mole}}{N_A}$

Esempio

Considerando che una mole di idrogeno pesa $\text{1,008 g}$ la massa di un atomo di idrogeno è data da $m=\dfrac{\text{1,008 g}\cdot10^{-3}\text{ kg}}{\text{6,02}\cdot10^{23}}=\text{1,67 g}\cdot10^{-27}\text{ kg}$ .

Gas perfetti

Un gas perfetto (o ideale) è un gas le cui molecole sono identiche, puntiformi (cioè senza volume proprio) e non interagiscono tra loro.

Esistono una serie di leggi che valgono esattamente solo per i gas perfetti, ma che in condizioni di pressione atmosferica e temperatura ambiente, in cui si comportano in maniera abbastanza simile, vigono anche per i gas reali.