Le leggi dei gas

Le leggi dei gas

Le leggi dei gas sono delle leggi che stabiliscono le relazioni che ci sono tra le grandezze che identificano lo stato fisico dei gas. Queste grandezze sono il volume (V), la temperatura (T) e la pressione.

Quando si parla di volume, si intende quello del loro contenitore dato che i gas tendono ad occupare tutto il volume disponibile, a differenza dei liquidi. La pressione di un gas dipende dagli urti delle sue particelle sulla superficie del recipiente.

Tutti i gas hanno caratteristiche simili, soprattutto quando si trovano nelle condizioni di non potere passare allo stato liquido, quindi in condizioni di bassa pressione e di alta temperatura. Essi tendono ad occupare tutto il volume disponibile; se la loro temperatura viene fatta salire tendono ad aumentare il loro volume ma se non possono farlo aumentano la loro pressione. Per questo motivo è stato stabilito un unico modello per comprenderli che viene chiamato modello particellare del gas ideale. Il gas ideale, o gas perfetto, non esiste nella realtà ma tutti i gas nelle condizioni ideali tendono ad avvicinarsi al suo modello. Da tutte queste premesse, nell’Ottocento sono derivate le leggi dei gas.

Quali sono le leggi dei gas

In genere, si parla di tre leggi sui gas, anche se ce n’è un’altra, chiamata legge di Avogadro, che collega il volume di un gas al numero di molecole.

La prima legge viene chiamata legge di Boyle o legge di Boyle-Mariotte. Il nome deriva da Robert Boyle (1627-1691) e il fisico Edme Mariotte (1620 – 1684) che studiarono la relazione tra la pressione e il volume di un gas. Secondo questa legge, se manteniamo la temperatura costante (trasformazione isoterma) ma aumentiamo o diminuiamo la pressione, il volume del gas diminuirà o aumenterà in maniera proporzionale.

legge di boyle dimostrazione

C’è quindi un rapporto di proporzionalità inversa tra le due grandezze: raddoppiando la prima, si dimezza la seconda; triplicando la prima, si riduce di un terzo la seconda; riducendo di un quarto la pressione, quadruplica il volume. Questo significa anche che il prodotto tra la pressione e il volume è sempre costante. In simboli, la formula è:

p ∙ V = k

La seconda legge dei gas viene chiamata legge di Gay-Lussac e deriva dal nome di Joseph-Louis Gay-Lussac (1778 – 1850). Secondo tale legge, in una trasformazione isocora, cioè dove il volume non cambia, la pressione varierà in maniera direttamente proporzionale alla temperatura. Raddoppiando la temperatura raddoppia la pressione, triplicando la prima grandezza triplica anche la seconda, dimezzando la prima dimezza anche la seconda. Questo significa che anche il rapporto tra la pressione e la temperatura non cambia. La formula è:

Legge di Gay-Lussac

La terza legge dei gas viene chiamata legge di Charles, oppure legge di Volta e Gay-Lussac a motivo del contributo di quest’ultimo, del fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827) e di Jacques-Alexandre-César Charles (1746-1823). Viene anche chiamata legge sulla dilatazione dei gas a pressione costante perché stabilisce che in caso in cui la pressione viene mantenuta fissa (trasformazione isobara), aumentando o diminuendo la temperatura di un gas, questi aumenterà o diminuirà di volume in maniera direttamente proporzionale. Pertanto il rapporto tra queste due grandezze rimane costante e la formula è:

Legge di Charles, formula

Queste tre leggi non sono indipendenti l’uno dall’altra; piuttosto le relazioni tra le grandezze che definiscono lo stato fisico di una certa quantità di gas possono essere unificate. Questa formula viene chiamata equazione di stato del gas ideale e la relazione tra queste grandezze viene chiamata legge del gas ideale.

Equazione di stato del gas ideale, le leggi dei gas