Volume molare di un gas – Il significato del numero 22,4 litri – Teoria + Esercizi svolti

Grandi Guys, in questo paragrafo vediamo il volume molare di un gas.

Benvenuta/o alle prime lezioni di questo corso di chimica.

Ti chiedo di avere un po’ di pazienza…si tratta delle prime lezioni realizzate e quindi, in alcuni casi, potresti trovare qualche “difetto” tecnico…ma vedrai che nei prossimi capitoli troverai tutto decisamente migliorato!

I gas ideali

I gas dal punto di vista macroscopico hanno tutti lo stesso comportamento, che tuttavia risulta sensibile alle variazioni di temperatura e pressione.

La teoria cinetico-molecolare ne spiega la natura sulla base del modello dei gas ideali o perfetti.

le caratteristiche dei gas ideali sono le seguenti:

 l’energia cinetica media delle particelle è proporzionale alla temperatura assoluta;  non si attraggono reciprocamente;

 sono puntiformi e il loro volume è trascurabile;

 si muovono a grande velocità in tutte le direzioni con un movimento disordinato.

Volume molare di un gas

A STP (condizioni di temperatura e pressioni standard:0 °C e 1 atm) il volume molare dei gas è 22,4 L, ovvero una mole di qualsiasi gas occupa 22,4 L di volume.

Hai capito? Per ora prendi questa frase per vera e analizziamo qui sotto il perchè…

Partiamo subito analizzando i gas. L’esperienza pratica ci permette di dire che i gas non hanno nè volume nè forma propria e quindi un gas inserito dentro un contenitore andrà ad occupare tutto il volume a sua disposizione. Se il contenitore è a pareti rigide possiamo farci poco e il volume che il gas potrà sperimentare all’interno del contenitore sarà sempre lo stesso anche al variare della temperatura e della pressione. Se invece il contenitore è a pareti mobili la faccenda si fa più interessante e riusciamo a fare un paio di cose.

Prendiamo per il nostro esempio un palloncino e lo gonfiamo con esattamente 6,022 1023 atomi di Ar, cioè abbiamo inserito una mole di Argon. Il volume che si ottiene è di circa 20L. L’esperimento è stato condotto in una stanza ad alta pressione e a una data temperatura precisa.

Si ripropone lo stesso esperimento questa volta in una stanza con una temperatura maggiore e una pressione più bassa ma il volume che ottengo è maggiore, circa 22 L, anche se ho inserito sempre una mole esatta di Argon. Cos’è successo?

Le condizioni dell’ambiente determinano i parametri di un dato gas e questo lo sappiamo dalla Teoria dei Gas. La formula che ci viene in aiuto per chiarire il dilemma dei diversi volumi è l’equazione di stato dei gas perfetti:

P V = n R T

Questa elegante formula ci permettere di determinare le funzioni di stato di un gas ( temperatura, pressione e volume) se conosciamo il valore di almeno 2 delle grandezze elencate e il numero di moli totale. Una variazione di pressione e temperatura, a parità di moli, determinano un cambiamento nel volume del gas.

È quindi facilmente intuibile che le combinazione di T e P per un gas sono infinite ed è quindi lecito dire che un gas può avere infiniti valori di Volume Molare, per evitare tale inconveniente si è deciso a livello internazionale che quando parliamo di Volume Molare di un gas stiamo implicitamente considerando una T = 0 °C e una P = 1 bar, chiamate anche condizioni standard.

Usando l’equazione dei gas perfetti si arriva ad avere un volume pari a 22,414 L se consideriamo 1 mole di gas.

Moli uguali, stesso volume?

Abbiamo trovato che una mole di Ar nelle condizioni standard occupa un volume di 22,414 L e quindi possiamo anche dire che il Volume Molare è pari appunto a 22,414 L\mol. Tale risultato è valido solo per l’Argon oppure è possibile generalizzarlo a tutti i gas?

La risposta a questa domanda sta nella Legge di Avogadro. Dopo vari esperimenti con i gas, Avogadro arrivò a constatare che tutti i gas da lui studiati occupavano lo stesso volume a parità di numero di particelle. Non è la natura chimica del gas a determinare il volume molare ma è proprio il fatto di essere un gas che determina il valore.

Per esempio, se si hanno 2 palloncini, uno riempito di O2 e l’altro riempito di He e manteniamo identiche le condizioni ambientali si osserva che tutti e 2 i palloncini hanno lo stesso volume.

Possiamo capire tale risultato in 2 modi:

  • Macroscopico = L’equazione dei gas perfetti, la quale si riferisce a campioni misurabili di gas, non sono presenti termini che facciano riferimento alla natura del gas. È il numero di moli quello che importa e non la natura chimica di queste moli.
  • Microscopico = Ovviamente la molecola di O2 è molto più voluminosa di quella di He ma siccome stiamo trattando dei gas perfetti tale variazione di volume è totalmente insignificante. Le distanze tra le varie particelle di gas in movimento è talmente grande rispetto alle lunghezze, e quindi ai volumi, dei singoli atomi che non si riesce a percepire la differenza di volume delle varie particelle. Tale differenza la si nota quando il gas viene liquefatto oppure compresso molto.

Limitazioni delle leggi di Avogadro

La legge di Avogadro ha però delle limitazioni quando si passa ad applicare tale legge alla realtà. Il modello di Avogadro è un’ottima approssimazione della realtà ma è sicuramente troppo ottimistico pretendere di descrivere tutti i gas con una semplice frase. La legge di Avogadro è rigorosamente valida per i gas ideali ma si scontra poi con la realtà; sappiamo che il mondo che ci circonda è composto da gas reali e che tali gas hanno particolari caratteristiche difficilmente descrivibili da una singola legge. Per questo motivo se nella realtà prendiamo una mole di CO2 nelle condizioni standard e ne misuriamo il volume otteniamo un valore leggermente diverso da 22,414 L. Questo è dovuto a forze di attrazione e repulsione che le vari particelle sentono con le vicine e fa discostare anche se di poco il valore da quello atteso.

Ovviamente se non diversamente espresso useremo sempre dire che il Vm di un gas nelle condizioni standard è di 22,414 L perchè è comodo ed è anche un’ottima approssimazione. Ricordiamoci che i gas che generalmente incontreremo sono molto simili ai gas perfetti.

Tale legge però perde di significato se ci troviamo a Pressioni altissime o temperature prossime a quelle di condensazione.

Ora che abbiamo visto gli argomenti del paragrafo tocca a te!

Sei pronto per entrare nel mondo della chimica? Bene allora togli ogni distrazione, spegni il cellulare e riguarda i video più volte finchè tutto non sarà chiaro.

Qui hai tutto quello che ti serve per iniziare bene il tuo percorso nel mondo della chimica e andare a the next level più velocemente.

Le lezioni fanno parte dei video non in elenco sul mio canale Youtube, quindi potrai guardarle solo attraverso questo paragrafo…

Ora non perdere altro tempo e guarda queste lezioni fondamentali.

Al tuo successo.

Un abbraccio,

Jessica

1
Volume molare di un gas – Perchè 22,4 litri ?
5 minuti

Questa sezione al momento non è attiva

aggiungi alla lista dei desideri
iscritti: 34 studenti
durata: 5 minuti
video: 1
livello: scuole superiori