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GLI STATI DIAGGREGAZIONE DELLA

MATERIA

Lo stato gassoso

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Classificazione della materia

MATERIAComposizione

StrutturaProprietà

Trasformazioni

3 STATI DI AGGREGAZIONE

SOLIDO (volume e forma propri)LIQUIDO (volume definito e forma indefinita)

GASSOSO (volume e forma indefiniti)

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Stato gassoso

CaratteristicheNon hanno forma e volume proprio. Hanno struttura disordinata.Sono comprimibili, hanno densità molto più basse dei liquidi e deisolidi.

Forze intermolecolariLe forze intermolecolari sono molto deboli ed inferiori a quellecinetiche che tendono a disperdere le molecole.

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I liquidi hanno un volume proprio ma non hanno una formapropria. Sono praticamente incomprimibili. Hanno strutturadisordinata.

Le forze intermolecolari sono sufficienti a tenere vicine lemolecole ma non a mantenere l’ordine nella struttura.

Stato liquido

Caratteristiche

Forze intermolecolari

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5I solidi hanno un volume e una forma propria. Sonoincomprimibili. Hanno struttura ordinata.

Le forze intermolecolari sono sufficienti a tenere vicine lemolecole e a mantenere l’ordine nella struttura.

Stato solido

Caratteristiche

Forze intermolecolari

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Stato solido Stato liquido Stato gassoso

brinamento

sublimazione

fusione evaporazione

solidificazione condensazione

endotermiciesotermici

Passaggi di stato

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Unità di misura di pressione• SI : Pascal (Pa) 1 N m-2 ( 1kg m-1 s-2)• 1 bar = 105 Pa• 1 atm = 101325 Pa• 1 atm = 760 torr (mmHg)• 1 atm = 14.7 psi

PRESSIONE:forza per unità di area

A

FP =

I gas sono tra i sistemi chimici più semplici: presentano lo stessocomportamento indipendentemente dalla loro natura se la pressioneè sufficientemente bassa.

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Equazione di stato per gas ideali

Se la pressione del gas è sufficientemente bassa, i gas mostrano uncomportamento uniforme, indipendente dalla loro natura. C’è quindila possibilità di usare un “modello” che rappresenta il comportamentoal quale tendono tutti i gas al tendere a 0 della pressione.

Tale modello considera che il gas sia costituito da molecole con unvolume complessivo trascurabile rispetto a quelle del recipiente in cuisono contenute ed inoltre che non esista alcuna interazione tra diesse.

Equazione di stato: equazione che esprime la relazione tra leseguenti variabili termodinamiche: f (P, V, T) = 0

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I gas idealiAl tendere a 0 della pressione,per tutti i gas il prodotto PVm,tende ad uno stesso valore chedipende solo da T.

funzione di T ma indipendentedalla natura del gas.

Inoltre, al tendere a 0 dellapressione, il rapporto PVm/Ttende ad un valore che è lo stessoper tutti i gas indipendentementeda T.

)(lim0

=!

mP

PV

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Rcost lim0

==! T

PVm

P

RTPVm=

R: COSTANTE UNIVERSALE DEI GASR = 0.08206 atm l mol-1 K-1

= 8.3143 J mol-1 K-1

= 1.9872 cal mol-1 K-1

per n moli di gas:

nRTPV = Equazione di statoper i gas ideali

P→ atmV → ln → molT → K T(K)=T(°C) + 273.15R → 0.08206 atm l mol-1 K-1

⇒

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“Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di T e Pcontengono lo stesso numero di molecole”, quindi a temperatura epressione costante, il volume occupato da un gas è direttamenteproporzionale alla sua quantità (in moli).Definiamo il volume molare Vm (l·mol-1) come il volume occupato da1 mole di gas in determinate condizioni di T e P.

V ∝ n (a T e P cost)Vm (l·mol-1) = cost (a T e P cost)

Legge di Avogadro

Definendo come condizioni normali (STP - “Standard Temperature andPressure”)

T = O °C = 273,15 KP = 1 atm

Il volume occupato da una mole di qualsiasi gas in condizioninormali diventa

Vm = 22,414 l/mol

Azoto → 22,40 l Ossigeno → 22,40 l Idrogeno → 22,43 l

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2NaN3(s) 2 Na(l) + 3N2 (g)Δ

Tempo di gonfiaggio 20-60 millisecondi

MoS2 lubrificante

S migliore combustione

Fe2O3 intrappola il sodio metallico

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Le miscele di gas

1 0.5 ?

1 mol Ar,T = 273 K,

0.5 mol He,T = 273 K,

1 mol Ar + 0.5 mol He, T = 273 K,

La pressione parziale (Pi) di un gas componente di una miscela è lapressione che il gas eserciterebbe se occupasse da solo l’interovolume occupato dalla miscela alla stessa T.

L’equazione di stato dei gas perfetti è valida oltre che per i gas puri anche per igas in miscela poiché:• i gas si miscelano in modo omogeneo• ogni gas presente in una miscela si comporta come se fosse l’unico gaspresente (se non intervengono reazioni chimiche).

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Le miscele di gas idealiLegge di Dalton o dell’additività delle pressioni: la pressione totaleesercitata da una miscela di gas ideali è uguale alla somma dellepressioni parziali dei singoli componenti

......

IBA

A

tot

A

A

nnn

n

n

nX

++==

V

V

V

RT

nPRT

nPRT

nPIIBBAA

===

V)....(.....RT

nnnnPPPPPICBAICBAtot

+++=+++=

V

RTnPtottot

=

Si possono esprimere le pressioni parziali in funzione della frazionemolare del gas:

V

RTn P

V

RTn P tottotAA ==

tot

A

tot

A

n

n

P

P=

tot

tot

A

AP

n

nP =

PA = XA·Ptot

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GAS REALI

In realtà le molecole non sono masse puntiformi ma possiedono unvolume proprio; inoltre esistono delle interazioni tra le molecole.

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Equazioni di stato per i gas reali

Esistono equazioni approssimate che mantengono la semplicità formaledell’eq. di stato per i gas ideali. Tra queste:

Eq. di Van der WaalsPresupposti teorici:Le interazioni intermolecolari determinano una riduzione dell’efficaciadegli urti con le pareti.Le molecole non possono essere considerate puntiformi, ma hanno unadimensione finita.

I gas REALI seguono l’EQUAZIONE DI STATOsolo a BASSA P e ALTA T

Per descrivere più accuratamente il comportamento dei gas realibisogna correggere l’equazione di stato dei gas ideali.

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Diagramma di Andrews

P

V

Pc

Punto critico

Isoterma critica

Gas

liqui

do

Miscela liquidovapore

vapore

V

P

P2

V2

V3

P3