Modi per aumentare la pressione di un gas

Nonostante tutti i corpi che entrano in contatto tra loro esercitino una pressione l’uno sull’altro, la pressione è una grandezza fisica che tendiamo ad associare molto più frequentemente ai gas che ai corpi solidi.

In fisica la pressione è definita come forza per unità di superficie, ed è data dal rapporto F/A. Ciò significa che, per modificare la pressione, dobbiamo solo modificare la forza o l’area su cui viene applicata la forza. Ad esempio, se volessimo aumentare la pressione che esercitiamo, diciamo, sulla superficie di un tavolo, potremmo aumentare la forza (ad esempio, aggiungendo più peso o premendo di più sul tavolo), potremmo diminuire l’area su cui applichiamo la forza (ad esempio applicando la forza con la punta di un chiodo invece che con la mano), o entrambe le cose contemporaneamente.

Tuttavia, come possiamo aumentare la pressione esercitata da un gas? Inoltre, come mai i gas, essendo così eterei e informi, riescono ad esercitare una pressione sulle pareti dei recipienti che li contengono? Comprendere questi aspetti di una delle proprietà più importanti dei gas è estremamente importante, in quanto ci consente di comprendere molti fenomeni che possiamo osservare quotidianamente, dal gonfiaggio di pneumatici per automobili all’esplosione di una lattina sigillata anche quando viene riscaldata. molto, o anche il comportamento del tempo.

Per questo motivo, in questo articolo esploreremo alcuni aspetti fondamentali della pressione dei gas, nonché i tre diversi modi in cui possiamo aumentare la pressione di un gas.

In che modo i gas esercitano pressione?

Chiunque abbia mai assistito a un corteo oa un evento sportivo, come una partita di calcio in cui è stata spiegata una bandiera gigante su una folla di persone, capirà immediatamente come i gas esercitano una pressione.

I gas sono sostanze costituite da singole particelle che si muovono in modo indipendente e casuale in tutte le direzioni. Quando il gas è contenuto all’interno di un contenitore chiuso, queste particelle andranno inevitabilmente a scontrarsi frequentemente con le pareti del contenitore. Ogni collisione di una particella di gas contro le pareti del contenitore è come una mano che spinge la bandiera dal basso.

Il punto è che, a causa dell’immenso numero di particelle che possono trovarsi in qualsiasi campione di gas, queste collisioni avvengono con una frequenza molto elevata, generando una forza quasi costante che spinge la superficie del contenitore. Questo è simile alle molteplici spinte date alla bandiera dal basso dagli spettatori, che non lasciano cadere la bandiera, ma la mantengono in uno stato di tensione quasi costante, come se fosse gonfiata dal basso.

Fattori che influenzano la pressione di un gas e la legge dei gas ideali

I gas sono i sistemi più semplici studiati dalla chimica. Infatti, un gas che si comporta idealmente è completamente caratterizzato solo da una manciata di variabili che sono il numero di moli (n), il volume (V), la temperatura (T) e, ovviamente, la pressione (Q). Queste quattro variabili (chiamate funzioni di stato) definiscono lo stato di un campione di qualsiasi gas, il che significa che se le conosciamo, tutti conosciamo il gas e possiamo prevederne il comportamento in diverse situazioni.

Pur essendo quattro, in realtà basta conoscerne 3, dato che la quarta la troviamo mediante l’equazione di stato dei gas ideali, detta anche legge dei gas ideali, che è data da :

Ciò significa che la pressione di un gas è determinata dai valori delle altre tre variabili, ovvero il numero di moli, la temperatura e il volume, e questa relazione si può ottenere isolando P dalla legge dei gas ideali, come mostrato mostra di seguito:

Come aumentare la pressione di un gas

Come si può vedere nell’equazione precedente, la pressione è direttamente proporzionale al numero di moli e alla temperatura, ma inversamente proporzionale al volume. Ciò significa che ci sono tre diversi modi per aumentare la pressione, e questi sono:

Aumentare il numero di moli del gas

Il fatto che la pressione sia direttamente proporzionale al numero di moli significa che maggiore è il numero di moli, maggiore è la pressione. Ciò implica che un modo per aumentare la pressione è iniettare una maggiore quantità di gas nel recipiente che lo contiene. Un esempio di questo è quando gonfiamo il pneumatico o la gomma di un’auto, moto o bicicletta, o quando gonfiamo un pallone da basket.

Quello che fa la pompa è introdurre più particelle di gas nel contenitore. Ma perché questo aumenta la pressione? Per capirlo meglio, dobbiamo ricordare come i gas esercitano pressione. La pressione del gas è la conseguenza degli urti multipli tra le particelle di gas e le pareti del contenitore. Se introduciamo più particelle del gas, la frequenza con cui queste particelle collidono con la superficie aumenterà, e quindi aumenterà la pressione.

aumentando la temperatura

La pressione è anche proporzionale alla temperatura. Pertanto, all’aumentare della temperatura, aumenterà anche la pressione. Una situazione quotidiana in cui possiamo vedere questo fenomeno in azione è quando surriscaldiamo una lattina sigillata e questa scoppia a causa dell’aumento della pressione all’interno.

Per capire perché la temperatura influisce sulla pressione, dobbiamo considerare cosa sia la temperatura stessa. La temperatura è una misura dell’energia cinetica media delle particelle che compongono una sostanza. Pertanto, cambiare la temperatura implica cambiare l’energia cinetica delle particelle. Poiché non possono cambiare la loro massa, cambieranno necessariamente la velocità con cui si muovono.

Man mano che le particelle di gas si muovono più velocemente, accadono due cose:

• Da un lato, aumenta la frequenza con cui le particelle collidono con le pareti, poiché ogni particella impiega meno tempo a passare da una parete all’altra. Questo ha lo stesso effetto di prima di aumentare il numero di particelle.
• Inoltre, muovendosi più velocemente, ogni particella trasferisce una maggiore quantità di energia cinetica al muro durante la collisione, che è un altro modo per dire che colpisce più forte. Poiché più forza implica più pressione, quest’ultima aumenta.

In sintesi, l’aumento della temperatura aumenta la pressione perché provoca un aumento del numero di urti e anche della forza di ogni urto.

riducendo il volume

A differenza della temperatura e del numero di moli, la relazione tra pressione e volume è inversa. Ciò significa che minore è il volume, maggiore è la pressione. Pertanto, l’ultimo modo per aumentare la pressione è diminuire il volume.

Anche in questo caso l’effetto ha due cause. La prima è che, al diminuire del volume, diminuisce il percorso che ogni particella deve compiere per passare da una parete all’altra del contenitore, quindi aumenta la frequenza netta degli urti. Inoltre, la riduzione del volume è generalmente accompagnata da una riduzione della superficie esposta al gas. Ricordando la definizione originale di pressione, quando l’area diminuisce, la pressione aumenta.

Riferimenti

Atkins, P. e dePaula, J. (2014). Chimica fisica di Atkins (rev. ed.). Oxford, Regno Unito: Oxford University Press.

Marrone, T. (2021). Chimica: The Central Science (11a ed.). Londra, Inghilterra: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS e Herranz, ZR (2020). Chimica (10a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.

Fondazione CK-12. (2020, 18 maggio). Fattori che influenzano la pressione del gas. Estratto da https://www.ck12.org/chemistry/factors-afffecting-gas-pressure/lesson/Factors-Affecting-Gas-Pressure-CHEM/

Fiori, P. (2018, 19 ottobre). Correlare pressione, volume, quantità e temperatura: la legge dei gas ideali – Chimica: gli atomi prima 2e. Estratto da https://opentextbc.ca/chemistryatomfirst2eopenstax/chapter/relating-pressure-volume-amount-and-temperature-the-ideal-gas-law/

socratico. (2014, 26 maggio). Cosa causa la pressione del gas? Estratto da https://socratic.org/questions/what-causes-gas-pressure