A.A. 2016 - 2017

2016 – 2017
CCS - Biologia
CCS – Scienze Geologiche
1
I gas e loro proprietà
Cap 11. 1 - 7, 9 - 12, 15 - 24, 27 - 28, 31 - 33, 37 - 40, 52, 93 - 96
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Proprietà Generali dei Gas
•  I gas possono essere
espansi all infinito.
•  I gas occupano i loro
contenitori uniformemente
e completamente.
•  I gas diffondono e si
miscelano rapidamente.
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Proprietà dei Gas
Le quattro importanti proprietà misurabili dei gas sono:
volume, temperatura, pressione e massa.
•  V = volume del gas (L)
•  T = temperatura (K)
•  n = quantità di sostanza (mol)
•  P = pressione (atmosfere)
1 atm = 760 mm Hg
Gas: H2 N2 O2 F2 Cl2 He Ne
CO CO2 NO2 SO2
CH4
Ar
PRESSIONE
La pressione si definisce come la forza esercitata per
unità di superficie
Forza
F
Pressione =
=
Area
A
moneta su un piano
F peso della moneta
A area della moneta
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5
Barometro e Manometro
•  Il barometro viene impiegato per la misura della pressione
atmosferica.
•  Un manometro viene impiegato per la misura della
pressione di un campione di gas.
L altezza della colonna misura la P atmosferica
1 atm standard = 760 mm Hg
L unità SI della pressione è il PASCAL, Pa,
1 atm = 101.325 kPa
La Pressione viene
misurata in relazione alla
differenza di altezza, Δh,
del mercurio nei due rami
del manometro.
La legge di Boyle
per una data quantità di gas a temperatura costante,
il volume del gas è inversamente proporzionale alla sua pressione
P1V1 = cost. = P2V2 (n e T costanti)
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Legge di Charles
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A pressione costante, il volume di una data
quantità di gas è direttamente proporzionale alla
sua temperatura assoluta.
V=kT
(T in Kelvin, P = cost.)
–273,15 °C è lo zero assoluto (0 K), ovvero la temperatura
alla quale il volume dei gas si annulla.
Legge di Avogadro
Amedeo Avogadro 1811!
Il volume di un gas, a temperatura e pressione costanti, è
direttamente proporzionale al numero di moli del gas.
V∝n
(T, p costanti)
Uguali volumi di gas alla stessa temperatura e pressione,
contengono un egual numero di molecole. Il volume
molare e’ lo stesso.
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Legge di Boyle
Legge di Charles
Ipotesi di Avogadro
Legge dei Gas Ideali
P V = n R T
R (costante universale dei gas) = 0,082 L•atm/K•mol
Può essere derivata da dati sperimentali o ricavata
teoricamente (teoria cinetica dei gas).
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Uso di PV = nRT
Quanto N2 è necessario per riempire un pallone del
volume di 27000 L a P = 745 mm Hg e T = 25 oC?
R = 0.082 L•atm/K•mol V = 27000 L
T = 25 oC + 273 = 298 K
P = 745 mm Hg (1 atm/760 mm Hg) = 0.98 atm
n = PV / RT
n = 1.1 x 103 mol (o circa 30 kg di gas)
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11
Densità dei gas
La densità è definita come
massa
d=
Per un gas ideale
volume
PV=n R T
=
m
V
dove n =
massa
massa molare
=
Quindi
PV=
m
Mm
RT
e si ottiene
da cui
P Mm
d=
RT
PMm =
m
V
RT =dRT
m
Mm
I Gas nelle reazioni
2 H2O2(liq)  2 H2O(g) + O2(g)
1.1 g di H2O2 si decompongono in un pallone da
2.50 L. Quale è la pressione di O2 a 25 oC?
Quale quella di H2O?
PV = nRT
Strategia:
Calcolare le moli (n) di H2O2 dai dati forniti, e
poi le moli di O2 ed H2O tenendo conto del
fattore stechiometrico
Successivamente, calcolare P da n, R, T, e V.
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Soluzione
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P di O2 = 0,016 atm
Essendo il rapporto stechiometrico H2O2 /H2O pari a 1 le moli
di H2O saranno pari a 0,032 mol, e la P di H2O = 0.032 atm
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Volume Molare
Il volume molare è il volume occupato da una mole di gas.
Per un gas ideale in condizioni standard (STP) (273,15 K, 1
atm) il volume molare vale 22,414 L
PV = nRT
1 atm x VM = 1 mol x 0,082 (L atm/mol K) x 273,1 K
VM = 22,414 L
Gas ideale
22.41
Argon
22.09
Biossido di carbonio
22.26
Azoto
22.40
Ossigeno
22.40
Idrogeno
22.43
Miscele di gas
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Ciascun gas in una miscela, contribuisce con la sua
pressione parziale alla pressione totale come se agisse
indipendentemente da tutti gli altri
La legge delle pressioni parziali (o di Dalton) stabilisce che
la pressione totale di una miscela di gas è uguale alla
somma delle pressioni parziali dei singoli componenti la
miscela:
P
= P + P +P + …
TOT
A
B
C
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Le singole pressioni parziali seguono la legge dei gas ideali
RT
RT
RT
P = PA + PB + ... = n A
+ nB
+ ... = (n A + n B + ...)
V
V
V
RT
P=n
V
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Frazione molare
Data la miscela omogenea A + B + C + …"
chiamiamo frazione molare della specie A il rapporto:"
"
"X A = moli di A / moli A + moli B + moli C + …!
!
o della specie B!
"X B = moli di B / moli A + moli B + moli C + …"
"
La somma di tutte le frazioni molari dei componenti di una
miscela è pari a 1 "
"
"
"XA + XB + XC + … = 1"
Nota la pressione totale e la composizione di una
miscela di gas le pressioni parziali sono
PA = X A P
PB = X B P
PA
PB
.........
da cui
XA =
P
XB =
P
XC =
PC
P
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Legge di Dalton
delle Pressioni Parziali
2 H2O2(liq)  2 H2O(g) + O2(g)
0.032 atm 0.016 atm
Qual è la pressione totale nel pallone?
Ptotale nella miscela gassosa = PA + PB + ...
Perciò, Ptotale = P(H2O) + P(O2) = 0.048 atm
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COMPOSIZIONE DELL’ARIA SECCA
Vol %
•  N2
78,09 %
563 mmHg
•  O2
20,95 %
149 mmHg
•  Ar
0,93 %
•  CO2
0,03 %
•  Ne
0,0018 %
•  He
0,0005 %
•  Kr
0,0001 %
•  H2
0,00005 %
•  Xe
0,000008 %
•  O3
0,000001 %
0,3 mmHg
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Deviazioni dalla Legge dei Gas Ideali
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Le molecole reali possiedono un volume proprio ed
esercitano reciproche attrazioni
Gas ideale
La molecola
blu NON
interagendo
con le altre
urta la parete
con notevole
forza.
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Le forze di attrazione
che esistono tra la
molecola blu e quelle
rosse rallentano il
moto delle molecole;
la molecola blu urta
la parete con minore
forza; la pressione è
minore.
Gas reale
Deviazioni dalla Legge dei Gas Ideali
L EQUAZIONE di VAN DER WAALS tiene conto del
volume delle molecole, e delle forze intermolecolari.
V misurato = V(ideale)
P misurata
(
P
2
n a
+ ----V2
)
Correzione per le
forze
intermolecolari
V
-
nb
nRT
Correzione per il volume
Per Cl2 gassoso a = 6.49, b = 0.0562
Per 4.0 mol Cl2 in un serbatoio di 4.0 L a 100.0 oC.
P (ideale) = nRT/V = 30.6 atm
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P (van der Waals) = 26.0 atm
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DIFFUSIONE ed EFFUSIONE
dei GAS
Bromo(l)
DIFFUSIONE: mescolamento di due o
più gas dovuto ai movimenti molecolari
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EFFUSIONE: movimento di un gas
attraverso una fessura per effetto di
una differenza di pressione.
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Viene espressa come una velocità: mol/tempo ed è
proporzionale alla T ed inversamente alla Massa molare del
gas
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22 pg 547
Quanti grammi di He sono necessari per riempire
un pallone di 5 litri alla pressione di 1,1 atm e alla
temperatura di 25 °C.
Equazione dello stato gassoso: PV = nRT
inseriamo i dati forniti dall’esercizio
5 L x 1,1 atm = n x 0,082 x 298,1 K
Da cui n = 0,22 mol
Poiché n = gHe / MHe
gHe = 0,22 mol x 4,0 g/mol
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= 0,88 g
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36 pg 548
Si consideri la reazione
4 KO2(s) + 2 CO2 (g) --> 2 K2CO3(s) + 3 O2(g)
Quale massa di superossido di potassio è necessaria
per reagire con 8,9 L di CO2 a 22 °C e 767 mmHg?
1 atm = 760 mmHg
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36 pg 548 Si consideri la reazione
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4 KO2(s) + 2 CO2 (g) --> 2 K2CO3(s) + 3 O2(g)
Quale massa di superossido di potassio è necessaria per reagire con 8,9 L di CO2
a 22 °C e 767 mmHg?
i dati forniti permettono di determinare le moli di anidride
carbonicaad inizio reazione e che reagiscono;
dalla PV = nRT si ha:
(767 / 760) atm x 8,9 L = n x 0,082 x (22 °C + 273,1) K
n = 0,371 mol
Poiché il rapporto stechiometrico KO2 /CO2 è di 2:1, le moli di
superossido di potassio necessarie saranno pari a
0,371 mol x 2 = 0,74
I grammi di superossido di potassio sono 0,74 mol x MKO2 g/
mol
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Considerazioni:
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La temperatura non cambia durante il processo di
miscelazione dei gas.
Calcoliamo le moli nei due palloni:
He
(145/760) atm x 3 L = n x 0,082 x T
Da cui n = 6,98 / T
Ar
(355/760) atm x 2 L = n x 0,082 x T
Da cui n = 11,39 / T
Dopo l’apertura della valvola il sistema avrà un V = 5 L.
PHe x 5 L = (6,98 /T) x 0,082 x T;
PHe = 0,114 atm ovvero 87 mmHg
PAr x 5 L = (11,39 /T) x 0,082 x T;
PAr = 0,186 atm o 141 mmHg
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Ptot = 87 + 141 = 228 mmHg
102 pg 553 Si consideri la reazione:
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2 NaClO2 (s) + Cl2 (g) --> 2 NaCl (s) + 2 ClO2 (g)
Si fanno reagire 15,6 g di NaClO2 con cloro gassoso, che
ha una pressione di 1050 mm Hg in un contenitore di
1,45 L a 22 °C.
Quanti grammi di ClO2 si possono preparare.
Calcoliamo le moli di NaClO2: 15,6 g / 90,44 g/mol = 0,172
Calcoliamo le moli di cloro:
nCl = (1050/760)atm x 1,45L / 0,082 x 295 K = 0,0828
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Il cloro è il reagente limitante, le moli di ClO2 che si formano
saranno pari a
0,0828 x 2, pari a 11,2 grammi
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I gas e la respirazione
La RESPIRAZIONE ha la funzione di assumere
ossigeno dall’ambiente esterno necessario
per la combustione dei carboidrati ed
eliminare l’anidride carbonica che si forma
dalla combustione stessa. L’ossigeno viene
veicolato dall’emoglobina contenuta nei
globuli rossi del sangue, l’anidride carbonica
veicolata nel plasma e in piccola quantità
dalla stessa emoglobina
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PANORAMICA POLMONE CUORE
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ALVEOLI
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DIFFUSIONE – SCHEMA DELL’ALVEOLO
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DIFFUSIONE ALVEOLARE
E’ regolata dalla relazione:
Q=K q
Δp
--d
t
Q = quantità di gas diffuso
K = costante caratteristica per ogni gas
q = superficie di contatto
Δp = differenza di pressione
t = tempo di contatto
d = spessore della membrana
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DIFFUSIONE - SCAMBIO GASSOSO ALVEOLARE
inspirata
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