In una stanza ci sono tante molecole: ogni molecola non può essere studiata classicamente. Se devo studiare un sistema macroscopico costituito da miliardi di molecole, devo considerare queste ultime nel loro insieme.
Il gas è la forma meno densa dei tre stati fisici
della materia. Alcuni dei gas più comuni sono l’aria, l’elio,
il cloro…
I gas, come i liquidi e i solidi, occupano spazio, hanno una massa ben
definita e quindi posseggono la proprietà nota come inerzia.
È facile vedere che un solido, ad esempio un blocco di legno,
occupa spazio e ha un peso. Lo stesso avviene per l’acqua in un
bicchiere. Cosa avviene però con l’aria (che è una
miscela di varie sostanze chimiche gassose)? Anche l’aria, effettivamente,
occupa spazio, anche se ciò non si può né vedere,
né percepire. Una bottiglia vuota non è mai realmente
vuota, infatti è piena d’aria.
Ma il gas non ha forma definita, bensì riempie e prende la forma
del recipiente in cui si trova.
In confronto ai solidi e ai liquidi, che sono relativamente densi, tutti
i gas hanno bassa densità. Un decimetro cubo di acqua a 4°C
pesa un chilogrammo; un litro d’aria a pressione normale pesa
circa un grammo.
In genere, solidi e liquidi si possono vedere con facilità, anche
se sono trasparenti, come l’acqua e il ghiaccio, mentre la maggior
parte dei gas è incolore e invisibile.
Un’altra caratteristica del gas è la sua capacità
di diffusione. I gas, cioè, si mescolano con facilità:
le molecole di due o più tipi di gas si mischiano più
rapidamente di quelle di qualsiasi altra sostanza.
Per incominciare definiamo le grandezze che riguardano l’intero sistema termodinamico:
VOLUME. Porzione di spazio racchiusa da una superficie chiusa; la misura di tale porzione di spazio viene espressa nel Sistema Internazionale (SI) in metri cubi (m3).
Pressione
grandezza definita come rapporto tra la forza agente su una superficie in direzione perpendicolare a essa e l'area della superficie stessa. Unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale (SI) è il pascal, simbolo Pa, ovvero il newton al metro quadrato (N/m2). Il barometro è lo strumento per la misura della pressione atmosferica. I tipi più usati sono i barometri a mercurio e i barometri metallici. Il barometro a mercurio è costituito da un tubo in vetro chiuso a un'estremità, che, dopo essere stato riempito di mercurio, viene immerso per la parte libera in una vaschetta contenente altro mercurio. L'altezza della colonna di mercurio dà la misura della pressione dell'atmosfera. Meno precisi ma più usati i barometri metallici aneroidi, ossia senza fluido. Ancor più diffuso è il barometro olosterico, che è un barometro aneroide il cui organo sensibile alla pressione è una scatola metallica, detta capsula barometrica, che trasmette le deformazioni a un indice scorrevole su un quadrante suddiviso in millibar o in mmHg.
Temperatura
Indice dello stato termico dei corpi che descrive l'attitudine di questi a cedere o ad assorbire calore. In termini microscopici, grandezza proporzionale all'energia cinetica media delle particelle che costituiscono i corpi. Si misura in gradi Celsius (°C) o, nei Paesi anglosassoni, in gradi Fahrenheit (°F). La temperatura assoluta, che assume come origine la temperatura più bassa immaginabile, ma per principio irraggiungibile (zero assoluto), si misura nel Sistema Internazionale (SI) in kelvin (K). Nella scala Kelvin lo zero assoluto corrisponde a -273,15° C e indica un'energia di agitazione termica nulla. Temperatura critica è la temperatura al di sopra della quale un aeriforme non può essere fatto condensare per semplice compressione.
Mole
Unità di misura della quantità
di sostanza nel Sistema Internazionale (SI). È la quantità
di sostanza che contiene un numero di entità elementari (atomi,
molecole) pari a quello presente in 0,012 kg di carbonio 12. Il numero
di particelle di una mole di sostanza è in condizioni normali
pari al numero di Avogadro (N=6,02.1023).