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Legge dei gas perfetti

La legge dei gas ideali combina l'equazione dei gas ideali con la teoria cinetica dei gas per spiegare come si comporta un gas ideale. Inoltre, ci mostra la relazione tra pressione, volume e temperatura in un gas.

  • In questo articolo parleremo della relazione tra le proprietà di un gas.
  • Impareremo a conoscere la legge dei gas ideali e a utilizzare l'equazione dei gas ideali.
  • Esamineremo i presupposti della Teoria cinetica dei gas e impareremo la differenza tra gas reali e gas ideali.
  • Infine, imparerete a conoscere i limiti della legge dei gas ideali.

Gas

I gas hanno tre proprietà naturali: volume, pressione e temperatura. Gli scienziati sanno da tempo che esiste una relazione tra queste tre proprietà. Le particelle di gas si muovono costantemente in una direzione finché non urtano contro qualcosa. Quando si ha un gas all'interno un contenitore, ad esempio una bomboletta spray, le particelle si muovono al suo interno, scontrandosi con i lati della bomboletta. Quando le particelle di un gas rimbalzano all'interno di un contenitore, si crea una pressione. La pressione dipende dalla frequenza e dalla velocità delle particelle che rimbalzano sui lati del contenitore.

L'aumento della temperatura del gas aumenta la pressione. Più le molecole di gas sono calde, più si muovono velocemente e più spesso si scontrano con i lati del contenitore. Ecco perché le bombolette spray esplodono quando vengono riscaldate!

È possibile aumentare la pressione rendendo il contenitore più piccolo. Le molecole di gas non hanno tanto spazio per spostarsi, quindi si scontrano più spesso con le pareti.

Si può aumentare la pressione in un contenitore di gas anche aggiungendo più gas. Più gas significa più particelle che rimbalzano sulle pareti del contenitore, aumentando la pressione.

Fattori che influenzano il volume di un gas

Quando parliamo del volume occupato da un gas, dobbiamo considerare alcuni elementi: la temperatura, la pressione e la quantità di gas.

  • Le particelle di gas con una temperatura più elevata si muovono più velocemente e occupano più spazio.

  • I gas ad alta pressione si comprimono e occupano meno spazio.

  • Più particelle (o moli) sono presenti in un gas, più volume occupa.

Si può riassumere dicendo che:

  • La temperatura e il volume hanno una relazione proporzionale (all'aumentare dell'una aumenta anche l'altro).
  • Il numero di moli e il volume hanno una relazione proporzionale.
  • Pressione e volume hanno una relazione inversa (all'aumentare di una, l'altra diminuisce).

1 mole di qualsiasi gas ha lo stesso volume di 1 mole di un altro gas alla stessa temperatura e pressione. Questa è anche nota come legge di Avogadro.

Equazione di stato dei gas perfetti

La legge dei gas ideali o perfetti combina l'equazione dei gas ideali con la teoria cinetica dei gas per spiegare come si comporta un gas ideale. Inoltre, ci mostra la relazione tra pressione, volume e temperatura in un gas.

Che cos'è l'equazione dei gas ideali?

L'equazione dei gas ideali spiega la relazione tra pressione, volume e temperatura di un gas. L'equazione si scrive in questo modo:

PV = nRT

  • P= pressione

  • V= volume

  • n = numero di moli

  • R = costante dei gas

  • T = temperatura

Pressione

Quando si utilizza questa equazione, è necessario utilizzare le unità internazionali standard (S.I.). Noi misuriamo la pressione in pascal (Pa, a volte scritto come Nm-2 ). Ricorda di convertire in pascal se una domanda vi dà la pressione in un'unità diversa.

  • 1 kPa = 1000 Pa

  • 1 atm = 1001325 Pa

  • 1 bar = 100,000 Pa

Volume

Nello standard internazionale, il volume viene misurato in metri cubi (m3).

  • 1 m3 = 100 dm3 = 1,000,000 cm3

Numero di moli

È possibile trovare il numero di moli (n) usando l'equazione: Moli equazione StudySmarter

  • m è la massa della sostanza in grammi
  • M è la massa di 1 mole in grammi

Costante dei gas

La costante dei gas ha un valore di 8,31441 JK-1 mol-1 nello standard internazionale. Non dovrai ricordare la costante dei gas perché sarà presente nelle domande d'esame!

Temperatura

È necessario utilizzare il kelvin (K) come unità di misura della temperatura nell'equazione dei gas ideali. Per convertire i gradi Celsius in kelvin si aggiunge 273.

Legge dei gas perfetti: formule

Possiamo utilizzare l'equazione dei gas ideali per calcolare il volume molare di un gas. Si tratta del volume di 1 mole di un gas ideale a 0°C e alla pressione di 1 atmosfera (temperatura e pressione standard).

0°C è 237 K

T = 237 K

1 atm è 101325 Pa

P = 101325 Pa

Vogliamo determinare il volume di una mole

n = 1

R = 8.31441 JK-1mol-1

PV = nRT

Equazione StudySmarter

Volume mole equazione StudySmarter

V = 0.0224 m3

Possiamo anche ottenere la massa molare di un gas. Consideriamo il seguente esempio:

1,264 g di etano occupano un volume di 2.4 L alla temperatura di 27°C e pressione di 1.8 atm. Trovare la massa molare del gas.

R = 8.31441 JK-1 mol-1 = 0,08206 L atm / mol K

27°C = 300 K

PV =nRT

M = 7,20 g/mol

Teoria cinetica dei gas

La teoria cinetica dei gas ci aiuta a capire il comportamento dei gas ideali. Abbiamo detto che i gas contengono minuscole particelle che si muovono in modo rapido e costante.

Secondo la teoria cinetica, le particelle di gas si muovono in modo casuale perché si scontrano regolarmente tra loro.

Si muovono così velocemente che non possiamo prevedere dove andranno dopo!

Ipotesi sulla teoria cinetica

La teoria cinetica assume il comportamento dei gas che soddisfano una lista di controllo definita a temperatura e pressione standard. Queste ipotesi sono:

  1. I gas sono costituiti da minuscole particelle che si muovono continuamente.
  2. Le particelle di gas si scontrano regolarmente tra loro e con le pareti di un contenitore.
  3. Le loro collisioni sono elastiche: non perdono energia quando si scontrano.
  4. C'è molto spazio tra ogni particella. Le particelle sono come piccoli punti rispetto allo spazio che le separa.
  5. Le particelle di gas non hanno forze interattive (attrazione o repulsione) tra loro.
  6. La velocità di una particella di gas dipende dalla temperatura del gas.

Gas ideale

Un gas ideale è un gas immaginario o teorico. Un gas viene definito ideale quando soddisfa i seguenti criteri:

Le molecole di un gas ideale si comportano come particelle puntiformi che rimbalzano l'una sull'altra in collisioni perfettamente elastiche. Le forze intermolecolari sono considerate trascurabili perché sono relativamente distanti l'una dall'altra.

A temperatura e pressione standard, la maggior parte dei gas reali si comporta in modo ideale.

Gas reale

Hai imparato che la maggior parte dei gas obbedisce alle ipotesi della teoria cinetica dei gas e soddisfa l'equazione dei gas ideali a temperatura e pressione standard. Tuttavia, questo non è vero per tutti i gas.

Un gas reale è un gas che non obbedisce alla legge dei gas ideali. Pertanto, il suo comportamento termodinamico si discosta da quello di un gas ideale.

Limiti dell'equazione dei gasi ideali

Cosa succede quando un gas non si comporta in modo ideale? I gas ideali esistono in base ai presupposti della teoria cinetica dei gas. In determinate condizioni, smettono di essere ideali.

  • Innanzitutto, la teoria cinetica presuppone che il volume occupato da un gas ideale sia trascurabile. Ma in realtà le molecole di gas occupano spazio! Lo si nota maggiormente quando si comprime un gas ad alte pressioni. Immagina di schiacciare le particelle di gas così tanto che non hanno dove muoversi.

Supponiamo che il volume del contenitore di gas sia di 500 cm3 ma che le particelle ne occupino solo 20 cm3. Il valore V nell'equazione dei gas ideali esprime la quantità di spazio libero in cui si muove un gas. In questo caso, V sarebbe pari a 460 cm3 e non a 500 cm3.

Teoria cinetica, gas compresso, StudySmarterFigura 1. Teoria cinetica

La teoria cinetica presuppone anche che le molecole di un gas ideale non abbiano forze intermolecolari tra loro. Questo non può essere vero per nessun gas! Come potremmo altrimenti condensare un gas in un liquido? Se la temperatura è sufficientemente bassa, tutti i gas si trasformano in liquidi. Questo perché le molecole si muovono più lentamente a basse temperature. Abbastanza lente da formare forze interattive tra loro.

Legge dei gas ideali - Punti chiave

  • La temperatura e il volume hanno un rapporto proporzionale. All'aumentare dell'una, aumenta anche l'altro.

    Il numero di moli e il volume hanno una relazione proporzionale

  • La pressione e il volume hanno una relazione inversa. Quando una aumenta, l'altra diminuisce.
  • 1 mole di un qualsiasi gas ha lo stesso volume di 1 mole di un altro gas alla stessa temperatura e pressione.
  • L'equazione dei gas ideali si esprime con PV = nRT dove P è la pressione, V è il volume, n è il numero di moli, R è la costante dei gas e T è la temperatura. Quando si utilizza l'equazione dei gas ideali, è necessario utilizzare le unità internazionali standard.
  • La teoria cinetica dei gas presuppone che i gas siano costituiti da minuscole particelle che si muovono costantemente. Le particelle di gas si scontrano regolarmente in modo elastico tra loro e con le pareti di un contenitore. C'è molto spazio tra ogni particella. Le particelle sono come piccoli punti rispetto allo spazio che le separa. Le particelle di gas non hanno forze interattive (attrazione o repulsione) tra loro. La velocità di una particella di gas dipende dalla temperatura del gas.
  • Le molecole di un gas ideale si comportano come particelle puntiformi che rimbalzano l'una sull'altra in collisioni perfettamente elastiche. Le forze intermolecolari sono considerate trascurabili perché sono relativamente distanti l'una dall'altra.
  • I gas reali non si comportano secondo la teoria cinetica dei gas.
  • Ad alte pressioni e basse temperature, i gas ideali smettono di comportarsi in modo ideale.

Domande frequenti riguardo Legge dei gas perfetti

R = 8.31441 JK-1mol-1

Serve a spiegare la relazione tra pressione, volume e temperatura di un gas.  

A temperatura e a pressione standard quando soddisfa i seguenti criteri: Le molecole di un gas ideale si comportano come particelle puntiformi che rimbalzano l'una sull'altra in collisioni perfettamente elastiche. Le forze intermolecolari sono considerate trascurabili perché sono relativamente distanti l'una dall'altra. 

Quiz Finale Legge dei gas perfetti

Domanda

Che tipo di relazione mostra la legge dei gas ideali?

Visualizza la risposta

Risposta

La legge dei gas ideali mostra la relazione tra pressione, volume e temperatura in un gas. 

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono le proprietà caratteristiche dei gas?

Visualizza la risposta

Risposta

Volume

Visualizza la domanda

Domanda

Cosa succede a livello particellare viene messo in un contenitore?

Visualizza la risposta

Risposta

Quando si mette un gas in un contenitore, ad esempio una bomboletta spray, le particelle si muovono al suo interno, scontrandosi con i lati del contenitore. Quando le particelle di un gas rimbalzano all'interno di un contenitore, si crea una pressione.

Visualizza la domanda

Domanda

Da cosa dipende la pressione delle particelle che rimalzano sui lati di un contenitore?

Visualizza la risposta

Risposta

La pressione dipende dalla frequenza e dalla velocità delle particelle che rimbalzano sui lati del contenitore.

Visualizza la domanda

Domanda

Quando la temperatura di un gas aumenta, _______ aumenta. Giustificate la risposta.

Visualizza la risposta

Risposta

la pressione

L'aumento della temperatura del gas aumenta la pressione. Più le molecole di gas sono calde, più si muovono velocemente e più spesso si scontrano con i lati del contenitore.

Visualizza la domanda

Domanda

Considerate un gas in un contenitore. Come si può aumentare la pressione all'interno?

Visualizza la risposta

Risposta

È possibile aumentare la pressione rendendo il contenitore più piccolo. Le molecole di gas non hanno tanto spazio per spostarsi, quindi si scontrano più spesso con le pareti. 

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono i fattori che influenzano il volume di un gas?

Visualizza la risposta

Risposta

Temperatura, pressione e quantità di gas.

Visualizza la domanda

Domanda

La temperatura e il volume hanno una relazione inversamente proporzionale. Vero o falso?

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Il numero di moli e il volume hanno una relazione direttamente proporzionale. Vero o falso?

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Pressione e volume hanno una relazione direttamente proporzionale. 


Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Scrivi l'equazione dei gas ideali.

Visualizza la risposta

Risposta

PV=nRT

Visualizza la domanda

Domanda

Converti 1 kPa in Pa.

Visualizza la risposta

Risposta

1 kPa=1000 Pa 

Visualizza la domanda

Domanda

Converti 1 atm in Pa.

Visualizza la risposta

Risposta

1 atm = 1001325 Pa


Visualizza la domanda

Domanda

Scrivi l'equazione per trovare il numero di moli.

Visualizza la risposta

Risposta

n=m/M

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono le unità di misura delle variabili nella legge dei gas ideali?

Visualizza la risposta

Risposta

  • P= pressione (Pa)

  • V= volume (m3)

  • n = numero di moli (mol)

  • R = costante dei gas (JK-1 mol-1)

  • T = temperatura (K)


Visualizza la domanda

Domanda

Considerate i seguenti dati.

T = 0°C 

P= 1 atm 

P = 101325 Pa


Come si determina il volume di una mole (n=1) di gas?

Visualizza la risposta

Risposta

0°C è 237 K

T = 237 K

1 atm è 101325 Pa

P = 101325 Pa


Vogliamo determinare il volume di una mole  

n = 1


R = 8.31441 JK-1mol-1


PV = nRT


V= 1011325 x V= 1 x 8.31441 JK-1mol-1 x 237 K

V = 0.0224 m3

Visualizza la domanda

Domanda

Che cos'è un gas ideale?

Visualizza la risposta

Risposta

Un gas ideale è un gas le cui molecole si comportano come particelle puntiformi che rimbalzano l'una sull'altra in collisioni perfettamente elastiche. Le forze intermolecolari sono considerate trascurabili perché sono relativamente distanti l'una dall'altra. 

Visualizza la domanda

Domanda

Che cos'è un gas reale?

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Risposta

Un gas reale è un gas che non obbedisce alla legge dei gas ideali.

Visualizza la domanda

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