Sara ha scritto:
Gent.le Prof., può aiutarmi con questo quesito?
Mettere i seguenti gas in ordine crescente di parametro b di van der Waals motivando brevemente: N2, H2, CO2; e O2, H2O, He; e O2, H2 e Ar.
Grazie!
Ecco l’aiuto:
I parametri di van der Waals a e b, indipendenti dalla temperatura, sono specifici di ciascun gas e si determinano sperimentalmente. Il parametro a rappresenta il ruolo delle attrazioni, quindi è relativamente grande per le molecole che si attraggono fortemente. Il parametro b rappresenta il ruolo delle repulsioni, e lo si può immaginare significativo del volume della singola molecola. Più precisamente, il parametro b è considerato come il volume materialmente occupato dalle molecole che costituiscono una mole di gas ed è indicato come covolume. Che tale parametro rappresenti il ruolo delle forze repulsive che agiscono tra le molecole può essere spiegato pensando che sono proprio le forze repulsive tra molecole a impedire che una di esse possa occupare lo spazio occupato dalle altre.
Il volume occupato da un atomo o da una molecola dipende, quindi, dalle dimensioni delle loro nuvole elettroniche, cioè dal loro numero di elettroni, e dalle forze repulsive che esse esercitano l’una sull’altra. Nei casi che mi proponi, l’ordine prevedibile considerando il numero di elettroni è:
H2 < N2 < CO2 He < H2O < O2 H2 < Ar < O2
I valori tabulati, come puoi notare nella tabella a fine articolo, confermano le previsioni per le prime due serie; nella terza, invece, il valore del parametro b dell’argon risulta leggermente più grande di quello dell’ossigeno. Il fatto che la temperatura di ebollizione dell’argon (87,3 K) sia, anche se di poco, inferiore a quella dell’ossigeno (90,2 K), può tuttavia essere utilizzato come indice della presenza di forze repulsive più intense tra gli atomi di argon piuttosto che tra le molecole di ossigeno. La serie effettiva, pertanto, è la seguente:
H2 < O2 < Ar
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gas reale
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a (dm6 atm mol-1)
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b (dm3 mol-1)
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He
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0,03412
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0,02370
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Ne
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0,217
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0,02709
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Ar
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1,345
|
0,03219
|
|
Kr
|
2,318
|
0,03978
|
|
Xe
|
4,194
|
0,05105
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H2
|
0,2444
|
0,02661
|
|
O2
|
1,360
|
0,03183
|
|
N2
|
1,390
|
0,03913
|
|
Cl2
|
6,493
|
0,05632
|
|
HCl
|
3,667
|
0,04081
|
|
CH4
|
2,253
|
0,04278
|
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NH3
|
4,170
|
0,03707
|
|
CO
|
1,485
|
0,03985
|
|
CO2
|
3,592
|
0,04267
|