Caratteristiche dei gas
I gas hanno bassa densità e sono dotati di particelle con elevata energia cinetica media e legami praticamente inesistenti, perciò si espandono facilmente assumendo la forma del recipiente che li contiene. Gli ampi spazi vuoti tra particelle permettono la compressione e, per lo stesso motivo, sono completamente miscibili.
Le condizioni normali (STP) di un gas fanno riferimento ad una temperatura di 0 °C e alla pressione di 1 atm.
Teoria cinetica dei gas
La teoria cinetica è un modello statistico che descrive il comportamento di un gas ideale formato da un enorme numero di particelle.
- le particelle sono puntiformi e di volume trascurabile rispetto alla massa del gas;
- le particelle sono in continuo movimento e il moto è rettilineo, casuale e in tutte le direzioni;
- le particelle sono molto distanti tra loro, perciò non risentono di forze attrattive o repulsive e quindi il gas si presenta molto rarefatto;
- l'urto delle particelle è perfettamente elastico e non c'è dispersione di energia per attrito;
- l'energia cinetica media delle particelle è proporzionale alla temperatura assoluta, indipendentemente dal tipo di gas.
Gas ideali e reali
Le caratteristiche descritte sopra si riferiscono a gas ideali, ed è applicabile anche a gas reali se sono molto rarefatti e a temperature elevate. Le particelle del gas non hanno nella realtà dimensioni trascurabili perciò, all'aumentare della pressione, le particelle si avvicinano e il loro volume non è più trascurabile rispetto allo spazio a disposizione, Inoltre, si fanno sentire anche le forze attrattive.
Variabili di stato
Volume
È lo spazio occupato dal corpo, che nei gas corrisponde al recipiente che lo contiene, poiché si espande occupandolo completamente.
L'unità di misura è il m3, ma si usa anche il L.
Temperatura
Misura lo stato termico cioè l'energia cinetica media delle molecole.
L'unità di misura è il Kelvin.
Se abbassiamo progressivamente la temperatura, le particelle rallentano sempre più e anche il volume si riduce. Il valore teorico di temperatura al qual le particelle si fermano e quindi il volume e la pressione si annullano è lo zero assoluto.
0 K = -273,15 °C
Tutti i gas, però, diventano liquidi prima di raggiungere lo zero assoluto.
Pressione
È la forza che il gas esercita sulle pareti del recipiente.
Le particelle, non legate tra loro, si muovono con elevata energia e si scontrano continuamente tra loro e con il recipiente, generando la pressione. Maggiore è l'energia cinetica media, più frequenti saranno gli urti e quindi la pressione. Anche il numero di particelle influenza la pressione: più particelle sono presenti e più frequenti saranno gli urti contro la parete del recipiente.
L'unità di misura è il Pa, ma si usano anche l'atm, i mmHg e i torr.
1 atm = 1013.2 hPa = 1013.2 mb = 760 mmHg = 760 torr