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Nella tua vita di tutti i giorni, probabilmente dai per scontato il fatto di essere circondato da gas, generalmente sotto forma di aria, ma a volte in altre forme. Che si tratti del bouquet di palloncini pieni di elio che acquisti per una persona cara o dell'aria che metti nelle gomme della tua auto, i gas devono comportarsi in modo prevedibile affinché tu possa utilizzarli.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
I gas si comportano generalmente in un modo descritto dalla legge dei gas ideali. Gli atomi o le molecole che compongono il gas si scontrano, ma non sono attratti l'uno dall'altro come con la creazione di nuovi composti chimici. L'energia cinetica è il tipo di energia associata al movimento di questi atomi o molecole; questo rende l'energia associata al gas reattiva alle variazioni di temperatura. Per una data quantità di gas, un calo di temperatura provocherà un calo di pressione se tutte le altre variabili rimangono costanti.
Le proprietà chimiche e fisiche di ciascun gas differiscono da quelle degli altri gas. Diversi scienziati tra il XVII e il XIX secolo fecero osservazioni che spiegavano il comportamento generale di molti gas in condizioni controllate; le loro scoperte divennero la base di quella che oggi è conosciuta come la Legge del Gas Ideale.
La formula della legge dei gas perfetti è la seguente:
PV=nRT=NkT
dove,
- P = pressione assoluta
- V = volume
- n = numero di moli
- R = costante universale del gas = 8,3145 Joule per mole moltiplicata per unità di temperatura Kelvin, spesso espressa come "8,3145 J/mol K"
- T = temperatura assoluta
- N = numero di molecole
- k = costante di Boltzmann = 1.38066 x 10-23 Joule per Kelvin unità di temperatura
- noUN = Numero di Avogadro = 6.0221 x 1023 molecole per mole
Usando la formula per la legge dei gas ideali – e un po' di algebra – puoi calcolare come un cambiamento di temperatura influenzerebbe la pressione di un campione fisso di gas. Usando la proprietà transitiva, puoi esprimere l'espressione:
PV=nRT \implies\frac{PV}{nR}=T
Poiché il numero di moli, o quantità di molecole di gas, è mantenuto costante e il numero di moli viene moltiplicato per una costante, qualsiasi variazione di temperatura influenzerebbe la pressione, il volume o entrambi contemporaneamente per un dato campione di gas.
Allo stesso modo, puoi anche esprimere la formula in modo da calcolare la pressione. Questa formula equivalente:
P=\frac{nRT}{V}
mostra che un cambiamento di pressione, tutte le altre cose rimanendo costanti, cambierà proporzionalmente la temperatura del gas.