Proprietà della materia: Gas

I gas riempiranno uniformemente un contenitore di qualsiasi dimensione o forma.

Il gas è uno stato della materia che non ha forma fissa né volume fisso. I gas hanno una densità inferiore rispetto ad altri stati della materia, come solidi e liquidi. C'è molto spazio vuoto tra le particelle, che hanno molta energia cinetica e non sono particolarmente attratte l'una dall'altra. Le particelle di gas si muovono molto velocemente e si scontrano tra loro, provocandone la diffusione o la diffusione fino a distribuirsi uniformemente in tutto il volume del contenitore.

Secondo il sito web educativo Lumen Learning, il gas può essere contenuto solo essendo completamente circondato da un contenitore o tenuto insieme dalla gravità.

Quando più particelle di gas entrano in un contenitore, c'è meno spazio per diffondersi e le particelle si comprimono. Le particelle esercitano più forza sul volume interno del contenitore. Questa forza è chiamata pressione. Esistono diverse unità utilizzate per esprimere la pressione. Alcuni dei più comuni sono le atmosfere (atm), le libbre per pollice quadrato (psi), i millimetri di mercurio (mmHg) e i pascal (Pa). Le unità si relazionano tra loro in questo modo: 1 atm = 14,7 psi = 760 mmHg = 101,3 kPa (1.000 pascal).

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Un gas può essere convertito in un liquido attraverso la compressione ad una temperatura adeguata, secondo la Purdue University. Ma se viene raggiunta la temperatura critica, il vapore non può essere liquefatto indipendentemente dalla pressione applicata. La pressione critica è la pressione necessaria per liquefare un gas alla sua temperatura critica.

Esempi di temperature e pressioni critiche di diverse sostanze secondo Engineering Toolbox

Oltre alla pressione, indicata nelle equazioni come P, i gas hanno altre proprietà misurabili: temperatura (T), volume (V) e numero di particelle, che è espresso in un numero di moli (n o mol). Nei lavori che coinvolgono la temperatura del gas, viene spesso utilizzata la scala Kelvin.

Poiché la temperatura e la pressione variano da luogo a luogo, gli scienziati utilizzano un punto di riferimento standard, chiamato temperatura e pressione standard (STP), nei calcoli e nelle equazioni. La temperatura standard è il punto di congelamento dell'acqua: 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius o 273,15 Kelvin). La pressione standard è un'atmosfera (atm): la pressione esercitata dall'atmosfera sulla Terra al livello del mare.

Temperatura, pressione, quantità e volume di un gas sono interdipendenti e molti scienziati hanno sviluppato leggi per descrivere le relazioni tra di essi.

Prende il nome da Robert Boyle, che lo affermò per primo nel 1662. La legge di Boyle afferma che se la temperatura è mantenuta costante, volume e pressione hanno una relazione inversa; cioè, all'aumentare del volume, la pressione diminuisce, secondo ChemWiki dell'Università della California, Davis.

Aumentare la quantità di spazio disponibile consentirà alle particelle di gas di diffondersi più lontano, ma ciò riduce il numero di particelle disponibili per entrare in collisione con il contenitore, quindi la pressione diminuisce.

Diminuendo il volume del contenitore si forzano le particelle a scontrarsi più spesso, quindi la pressione aumenta. Un buon esempio di ciò è quando si riempie d'aria uno pneumatico. Man mano che entra più aria, le molecole di gas si compattano insieme, riducendo il loro volume. Finché la temperatura rimane la stessa, la pressione aumenta.

Nel 1802, Joseph Louis Gay-Lussac, un chimico e fisico francese fece riferimento ai dati raccolti dal suo connazionale, Jacque Charles, in un articolo che descriveva la relazione diretta tra la temperatura e il volume di un gas mantenuto a pressione costante. La maggior parte dei testi si riferisce a questa come alla legge di Charles, ma alcuni la chiamano legge di Gay-Lussac, o anche legge di Charles Gay-Lussac.

Questa legge afferma che il volume e la temperatura di un gas hanno una relazione diretta: all'aumentare della temperatura, il volume aumenta quando la pressione viene mantenuta costante. Il riscaldamento di un gas aumenta l'energia cinetica delle particelle, provocandone l'espansione. Per mantenere la pressione costante, il volume del contenitore deve essere aumentato quando si riscalda un gas.