La termodinamica dello stato aggregato gassoso della materia è un importante ramo della fisica che studia l'equilibrio termodinamico e le transizioni quasi statiche nei sistemi. Il modello principale su cui si basano le previsioni del comportamento dei sistemi è il modello dei gas ideali. Con il suo utilizzo è stata ottenuta l'equazione di Mendeleev-Clapeyron. Consideralo nell'articolo.
Gas ideale
Come sai, tutti i gas reali sono costituiti da molecole o atomi, le cui distanze sono troppo grandi rispetto alle loro dimensioni a basse pressioni. Inoltre, alle alte temperature, su scala assoluta, l'energia cinetica delle molecole supera la loro energia potenziale associata a deboli interazioni dipolo-dipolo (se, oltre a queste interazioni, esistono altri tipi di legami chimici, ad esempio ionici o idrogeno, quindi danno un contributo significativo alla potenziale componente energetica del sistema interno).
A causa diPer molti gas reali in condizioni prossime al normale, si possono trascurare le loro interazioni interne e le dimensioni delle particelle. Queste due approssimazioni principali costituiscono il modello del gas ideale.
Equazione di Mendeleev in fisica
È più corretto ed equo chiamare questa equazione la legge di Clapeyron-Mendeleev. Il fatto è che fu registrato per la prima volta dall'ingegnere francese Emile Clapeyron nel 1834. Lo fece analizzando le leggi sui gas di Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles scoperte all'inizio del 19° secolo.
Il merito del chimico russo Dmitry Mendeleev sta nel fatto di aver dato all'equazione una forma matematica moderna e facile da usare. In particolare, Mendeleev ha introdotto nell'equazione una costante per tutti i gas R=8, 314 J/(molK). Lo stesso Clapeyron ha utilizzato una serie di costanti empiriche che rendono difficile il processo di calcolo.
L'equazione di Mendeleev-Clapeyron è scritta come segue:
PV=nRT.
Questa uguaglianza significa che il prodotto della pressione P e del volume V sul lato sinistro dell'espressione è sempre proporzionale al prodotto della temperatura assoluta T e della quantità di sostanza n sul lato sinistro.
L'espressione in studio ti consente di ottenere qualsiasi legge sui gas se fissi due dei suoi quattro parametri. Nel caso degli isoprocessi si studiano sistemi chiusi in cui non vi è scambio di materia con l'ambiente (n=const). Questi processi sono caratterizzati da un unico parametro termodinamico fisso (T, P o V).
Esempio di problema
Ora risolviamo il problema sull'equazione di Mendeleev-Clapeyron. È noto che l'ossigeno del peso di 500 grammi si trova in una bombola con un volume di 100 litri a una pressione di 2 atmosfere. Qual è la temperatura nel pallone, dato che il sistema è in equilibrio termodinamico.
Ricordiamo che, secondo la definizione, la quantità di una sostanza si calcola con la formula:
n=m/M.
Dove m è la massa di tutte le particelle del sistema, M è la loro massa molare media. Questa uguaglianza ci permette di riscrivere l'equazione di Mendeleev nella forma seguente:
PV=mRT/M.
Da dove otteniamo la formula di lavoro per questo compito:
T=PVM/(mR).
Rimane da convertire tutte le quantità in unità SI e sostituirle in questa espressione:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
La temperatura calcolata è -117 oC. Sebbene l'ossigeno a questa temperatura sia ancora gassoso (condensa a -182,96 oC), in tali condizioni il modello del gas ideale può essere utilizzato solo per ottenere una stima qualitativa del valore calcolato.
