Legge dei gas perfetti

Fonte: Laboratorio del Dr. Andreas Züttel - Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali

La legge dei gas ideali descrive il comportamento dei gas più comuni in condizioni quasi ambientali e la tendenza di tutta la materia chimica nel limite diluito. È una relazione fondamentale tra tre variabili di sistema macroscopiche misurabili (pressione, temperatura e volume) e il numero di molecole di gas nel sistema, ed è quindi un collegamento essenziale tra l'universo microscopico e quello macroscopico.

La storia della legge del gas ideale risale alla metà del 17 ° secolo quando la relazione tra^{la pressione} e il volume dell'aria è risultata inversamente proporzionale, un'espressione confermata da Robert Boyle e che ora chiamiamo legge di Boyle (Equazione 1).

P V^-1 (Equazione 1)

Il lavoro inedito di Jacques Charles nel 1780, che fu esteso a numerosi gas e vapori da Joseph Louis Gay-Lussac e riportato nel 1802, stabilì la relazione direttamente proporzionale tra la temperatura assoluta e il volume di un gas. Questa relazione è chiamata legge di Charles (Equazione 2).

V T (Equazione 2)

Guillaume Amontons è in genere accreditato di aver scoperto per la prima volta la relazione tra la temperatura e la pressione dell'aria all'interno di un volume fisso all'inizio del 18^° secolo. Questa legge fu estesa anche a numerosi altri gas da Joseph Louis Gay-Lussac all'inizio del 19^° secolo ed è quindi indicata come legge di Amontons o legge di Gay-Lussac, dichiarata come mostrato nell'equazione 3.

P T (Equazione 3)

Insieme, queste tre relazioni possono essere combinate per dare la relazione nell'equazione 4.

V T (Equazione 4)

Infine, nel 1811, fu proposto da Amedeo Avogadro che due gas qualsiasi, tenuti nello stesso volume e alla stessa temperatura e pressione, contenevano lo stesso numero di molecole. Ciò ha portato alla conclusione che tutti i gas possono essere descritti da una costante comune, la costante di gas ideale R, che è indipendente dalla natura del gas. Questa è nota come legge del gas ideale (Equazione 5). ^1,2

Fotovoltaico T (Equazione 5)

1. Misurazione del volume del campione

1. Pulire accuratamente il campione e asciugarlo.
2. Riempire un cilindro graduato ad alta risoluzione con acqua distillata sufficiente per coprire il campione. Prendere nota del volume iniziale
3. Lascia cadere il campione nell'acqua e nota il cambiamento di volume. Questo è il volume del campione, V.
4. Rimuovere il campione e asciugarlo. Nota: in alternativa, misurare la lunghezza o le lunghezze laterali del campione e calcolarne il volume utilizzando

La legge del gas ideale è una valida descrizione delle effettive proprietà del gas di numerosi gas comuni in condizioni vicine all'ambiente(figura 1 inset) ed è quindi utile nel contesto di molte applicazioni. I limiti della legge del gas ideale nel descrivere i sistemi in condizioni di alte pressioni o basse temperature possono essere spiegati dalla crescente importanza delle interazioni molecolari e/o dalla dimensione finita delle molecole di gas che contribuiscono alle proprietà del sistema. Perta...

La legge del gas ideale è un'equazione così fondamentale delle scienze chimiche che ha una pletora di usi sia nelle attività quotidiane di laboratorio che nei calcoli e nella modellazione di sistemi anche altamente complessi, almeno alla prima approssimazione. La sua applicabilità è limitata solo dalle approssimazioni inerenti alla legge stessa; a pressioni e temperature vicine all'ambiente, dove la legge del gas ideale è ben valida per molti gas comuni, è ampiamente utilizzata nell'interpretazione di sistemi e pr...

1. Zumdahl, S.S., Chemical Principles. Houghton Mifflin, New York, NY. (2002).
2. Kotz, J., Treichel, P., Townsend, J. Chemistry and Chemical Reactivity. 8^th ed. Brooks/Cole, Belmont, CA (2012).
3. Rouquerol, F., Rouquerol, J., Sing, K.S.W., Llewellyn, P., Maurin, G. Adsorption by Powders and Porous Solids: Principles, Methodology and Applications.Academic Press, San Diego, CA. (2014).