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LEGGE DI GAY-LUSSAC

Secondo la legge di Gay-Lussac, in condizioni isocore (volume costante), la pressione di un certo quantitativo di gas ideale è proporzionale alla sua temperatura assoluta.

P = kT

  • P = pressione
  • T = temperatura espressa in gradi Kelvin (K)
  • k = costante di proporzionalità

S’immagini di avere delle molecole di gas all’interno di un contenitore a pareti rigide come uno spray all’interno di una bomboletta. Da un punto di vista microscopico, la pressione all’interno del contenitore è legata al numero di urti che le molecole esercitano contro le pareti del contenitore. Aumentando la temperatura, le molecole iniziano a muoversi più vorticosamente con un conseguente incremento del numero di urti (Figura 1).

Figura 1 – Aumento della pressione al crescere della temperatura in condizioni isocore

Graficando la pressione in funzione della temperatura espressa in gradi Kelvin, si ottiene una retta la cui pendenza è pari a P0/273,15 dove con P0 s’intende la pressione alla temperatura di 0°C.

  • La legge di Gay-Lussac afferma la proporzionalità diretta che vi è per una certa quantità di gas tra la temperatura assoluta e la sua pressione in condizioni isocore.
  • La legge di Gay-Lussac si applica a tutti i gas il cui comportamento viene assunto come ideale.
  • La legge di Gay-Lussac rappresenta uno dei capisaldi per la formulazione dell’equazione di stato dei gas ideali.

L’EQUAZIONE DI STATO DEI GAS IDEALI

L’equazione di stato dei gas ideali o perfetti mette in relazione le grandezze fisiche di pressone, volume, temperatura, numero di moli.

Il suo enunciato è il seguente:

PV = nRT

  • P = pressione
  • V = volume
  • n = numero di moli
  • R = costante universale dei gas ideali
  • T = temperatura

La costante universale dei gas può assumere valore di 8,314 J/(K·mol) o 0,0821 (L·atm)/(mol·K).

Con R = 8,314 J/(K·mol):

  • La pressione è espressa in Pa
  • Il volume è espresso in m3
  • La temperatura in K

Con R = 0,0821 (L·atm)/(mol·K):

  • La pressione è espressa in atm
  • Il volume è espresso in L
  • La temperatura in K

L’equazione di stato dei gas ideali è stata formulata combinando i seguenti enunciati:

Per il principio di Avogadro il volume è proporzionale al numero di moli (T e P costante).

Per la legge di Boyle il volume è proporzionale a 1/P (n e T costante).

Per la legge di Charles il volume è proporzionale alla temperatura (n e P costante).

Per la legge di Gay-Lussac la pressione è proporzionale alla temperatura (n e V costante).

Combinando le quattro equazioni è possibile ricavare:

V \;proporzionale\; a\; \frac{nT}{P}

Il fattore di proporzionalità è la costante universale dei gas R.

V = \frac{nRT}{P}


Da questa espressione è possibile arrivare all’equazione di stato dei gas ideali:

PV = nRT

  • L’equazione di stato dei gas ideali può essere scritta come PV = nRT.
  • R è la costante universale dei gas ideali.
  • R può assumere valore di 8,314 J/(K·mol) o 0,0821 (L·atm)/(mol·K).