Comportamento dei gas reali: cosa c’è da sapere
Per analizzare attentamente il comportamento dei gas reali, è fondamentale fare riferimento all’equazione del viriale e ai coefficienti viriali a varie temperature.
Indice Articolo
- Equazione di stato dei gas ideali e leggi fisiche
- Gas reali e deviazione dal comportamento ideale
- Equazioni di stato per i gas reali
- Considerazioni sull’equazione di van der Waals
- Conclusioni sull’equazione del viriale
- Studiare il Comportamento dei Gas con l’Equazione del Viriale
- L’Equazione del Viriale e i suoi Coefficienti
- pV/ nRT = 1 + Bn/V + Cn^2/V^2 + Dn^3/V^3 + …
- pVm/RT = 1 + B/V + Cn/V^2 + Dn^2/V^3 + …
- Il Fattore Z e l’Equazione di van der Waals
- Z = 1 + (b – a/RT) 1/Vm + b^2( 1/Vm^2) + …
- B = b – a/RT
Equazione di stato dei gas ideali e leggi fisiche
Un concetto chiave è l’equazione di stato dei gas ideali, rappresentata da pV = nRT. Questa equazione unisce le leggi di Boyle, Charles, Gay-Lussac e Avogadro. Può essere formulata anche in termini di volume molare Vm, con il numero di moli uguale a 1: pVm = RT.
Gas reali e deviazione dal comportamento ideale
I gas che non aderiscono alle condizioni dei gas ideali sono definiti gas reali. La deviazione dal comportamento ideale può essere quantificata attraverso il coefficiente di compressibilità Z, dove Z = pV/RT.
Equazioni di stato per i gas reali
Esistono diverse equazioni di stato per descrivere il comportamento dei gas reali, tra cui l’equazione di van der Waals. Questa equazione include costanti a e b per considerare le deviazioni dall’idealità e è espressa da (p + n^2a/V^2)(V-nb) = nRT.
Considerazioni sull’equazione di van der Waals
Le costanti a e b sono specifiche per ciascun gas. A basse temperature, le interazioni molecolari diventano significative, rendendo importante il termine a, mentre ad alte temperature il termine b diventa rilevante. Tuttavia, l’equazione di van der Waals non è applicabile nella regione di coesistenza liquido-vapore.
Conclusioni sull’equazione del viriale
Per comprendere a fondo il comportamento dei gas reali, è essenziale considerare l’equazione del viriale e i coefficienti viriali correlati alle variazioni di temperatura. Questo approccio fornisce importanti insights sulle deviazioni rispetto al comportamento ideale dei gas e sulla complessità delle interazioni molecolari.
Studiare il Comportamento dei Gas con l’Equazione del Viriale
Nel campo della chimica, per comprendere il comportamento dei gas reali in condizioni estreme come alte pressioni e basse temperature, ci si affida spesso all’equazione del viriale. Questa equazione offre una rappresentazione generale delle interazioni molecolari presenti nei gas, andando oltre l’idealità dei gas perfetti.
L’Equazione del Viriale e i suoi Coefficienti
L’equazione del viriale si presenta nella forma:
pV/ nRT = 1 + Bn/V + Cn^2/V^2 + Dn^3/V^3 + …
Con V/n che rappresenta il volume molare Vm, si ottiene:
pVm/RT = 1 + B/V + Cn/V^2 + Dn^2/V^3 + …
I coefficienti B, C e D sono noti rispettivamente come secondo, terzo e quarto coefficiente viriale. Questi coefficienti diminuiscono man mano che si considerano termini di ordine maggiore. Nei gas reali, i valori di questi coefficienti dipendono solo dalla temperatura, e sono espressi come B(T), C(T) ecc.
Il Fattore Z e l’Equazione di van der Waals
A basse pressioni, il fattore Z di un gas che segue l’equazione di van der Waals è dato da:
Z = 1 + (b – a/RT) 1/Vm + b^2( 1/Vm^2) + …
Questo modello presenta somiglianze con l’equazione del viriale. In particolare, il confronto con l’equazione di van der Waals porta a:
B = b – a/RT
Se il valore di B è inferiore a zero a una certa temperatura, le interazioni attrattive dominano, con b a/RT.
In conclusione, l’equazione del viriale e il suo uso nei calcoli relativi al comportamento dei gas reali, insieme all’equazione di van der Waals, forniscono strumenti essenziali per l’analisi delle proprietà fisiche dei gas in condizioni non ideali. Il loro impiego consente di ottenere una rappresentazione più accurata e dettagliata di tali sistemi in diversi contesti sperimentali.
