Cos’è un vero gas in chimica?

Un gas reale è quello che devia dal comportamento della cosiddetta legge dei gas ideali. Il gas ideale è un gas teorico, il cui comportamento segue una certa legge.

La legge dei gas ideali

La legge che regola il comportamento dei gas ideali è:

PV = nRT

Dove:

P = pressione

V = volume

n = numero di moli del gas

R = costante dei gas

T = temperatura assoluta

La legge dei gas ideali funziona per tutti i gas ideali indipendentemente dalla loro identità chimica. Ma questa equazione, che è un’equazione di stato, applica solo determinate condizioni. Assume che le particelle partecipino come collisioni elastiche perfette, senza volume e non interagiscono tra loro se non quando si scontrano. In altre parole, il gas si comporta secondo la teoria cinetica molecolare dei gas.

Somiglianze tra gas reali e ideali

• Sia i gas reali che quelli ideali hanno massa.
• I gas sono molto meno densi dei liquidi o dei solidi. Le particelle dei gas, sia reali che ideali, sono molto distanti tra loro.
• Poiché sono molto sparse, le dimensioni e il volume delle particelle di gas sono molto piccole rispetto alla distanza tra le particelle.
• Le particelle di entrambi i gas hanno energia cinetica. Le particelle di gas si muovono in modo casuale, ma praticamente in linea retta tra le collisioni.

Comportamento dei gas reali

Un gas reale è un gas che, a causa delle interazioni intermolecolari, non si comporta come un gas ideale. La legge dei gas ideali si basa sul presupposto che i gas siano costituiti da masse puntiformi che subiscono collisioni. In questo modo i gas effettivi si discostano da quelli assunti a basse temperature o alte pressioni.

1. All’aumentare della pressione, il volume del gas si avvicina allo zero, cioè diminuisce. Non raggiunge lo zero, perché ci sono ancora molecole che occupano un certo spazio.

• Le forze intermolecolari che esistono tra i gas sono maggiori all’abbassarsi delle temperature, poiché il movimento molecolare in questo aspetto rallenta fino ad arrestarsi.

Pertanto, se modifichiamo queste condizioni, il gas reale può comportarsi come un gas ideale, a due condizioni:

1. Bassa pressione: molti gas sono a bassa pressione.
2. Temperature elevate: nei gas, le temperature elevate sono considerate quelle che superano la temperatura di vaporizzazione. Quindi anche a temperatura ambiente è sufficiente dare ai gas reali l’energia cinetica che li fa agire come gas ideali.

Equazione dei gas reali

Il gas ideale di solito segue l’equazione PV = nRT, dove P è la pressione in atmosfere, V è il volume in litri, n è il numero di moli, R è la costante del gas ideale espressa in unità SI come 0,082 L. atm/mol K, e T è la temperatura misurata in gradi Kelvin.

Per i gas reali si devono introdurre due modifiche aggiungendo una costante per la pressione e sottraendo una diversa costante per il volume. La nuova equazione è come:

(P + an ² )(V-nb) = nRT

Dove “a” è la costante di attrazione tra le molecole di un dato gas, e “b” è il volume di quelle molecole all’interno del contenitore. Va anche notato dall’equazione precedente che sono fornite ulteriori “n” (moli), poiché “a” e “b” sono valori per una singola mole di quel gas. 

Ecco perché devi moltiplicare il valore delle costanti per il numero totale di moli per ottenere il valore corretto. Inoltre, i valori delle costanti sono diversi per ogni gas, poiché ognuno di essi ha proprietà diverse.

L’equazione dei gas reali è chiamata equazione di Van der Waals. La cosa importante qui è che devi anche conoscere i valori delle costanti “a” e “b”, che, fortunatamente, sono facilmente disponibili e ricercabili.

Fonti

Helmenstine, A. (2021). Gas reale contro gas ideale. Estratto il 14 febbraio 2022 da https://sciencenotes.org/real-gas-vs-ideal-gas/

Vero gas. (2013). Estratto il 30 maggio 2021 da https://cutt.ly/onsPSqr