QUIZ DI "GAS E PROPRIETA' COLLIGATIVE" - NAZIONALI CATEGORIA A

Questa domanda riguarda il comportamento di un gas ideale all'interno di un recipiente chiuso con un pistone libero che può scorrere. La forza esterna applicata sul pistone viene raddoppiata, e l'obiettivo è determinare l'effetto di questa variazione sulla temperatura del gas.

La legge dei gas ideali è data dall'equazione PV = nRT, in cui:

• P rappresenta la pressione del gas,
• V rappresenta il volume del gas,
• n rappresenta il numero di moli di gas,
• R è la costante dei gas ideali,
• T rappresenta la temperatura assoluta.

In questa situazione, il volume (V) del gas viene mantenuto costante, e la forza esterna aumenta, il che comporta un aumento della pressione (P). La domanda richiede se la temperatura (T) deve essere aumentata, diminuita o mantenuta costante.

Per risolvere il problema, dobbiamo esaminare l'equazione dei gas ideali:

P = (nR/V) T

Se n (numero di moli), R (costante dei gas ideali), e V (volume) rimangono costanti, possiamo vedere che la pressione (P) è direttamente proporzionale alla temperatura (T). Questo significa che se la pressione viene raddoppiata (P diventa 2P), la temperatura deve anche raddoppiare (T diventa 2T) per mantenere la relazione costante.

Quindi, la risposta corretta è B) aumentare la temperatura. Quando la forza applicata sul pistone è raddoppiata, per mantenere costante il volume del gas, la temperatura deve essere aumentata in modo che la pressione del gas sia raddoppiata.

Prima di tutto, notiamo che la pressione è espressa in pascal (Pa), ma spesso è più comodo lavorare con la pressione in atmosfere (atm) nelle equazioni della legge dei gas. Puoi convertire la pressione da pascal ad atmosfere utilizzando il valore di riferimento 1 atm = 1,01325 x 10⁵ Pa. Quindi, la pressione di 0,5 MPa è equivalente a:

Pressione = (0,5 x 10⁶ Pa) / (1,01325 x 10⁵ Pa/atm) ≈ 4,936 atm

La temperatura deve essere espressa in kelvin (K), quindi convertiamo i 50 °C:

Temperatura = 50 °C + 273,15 ≈ 323 K

Ora possiamo applicare la legge dei gas ideali: PV = nRT, dove:

- P è la pressione (in atmosfere),

- V è il volume (in litri),

- n è la quantità di sostanza (in moli),

- R è la costante dei gas (che puoi usare come 0,0821 L·atm/(mol·K)),

- T è la temperatura assoluta (in kelvin).

Dato che hai 5 moli di gas, la quantità di sostanza (n) è 5 moli. Ora possiamo risolvere per il volume (V):

V = (nRT) / P

V = (5 mol * 0,0821 L·atm/(mol·K) * 323 K) / 4,936 atm

Ora calcoliamo il volume:

V ≈ (5 * 0,0821 * 323) / 4,936 ≈ 26,86 L

Quindi, il volume del recipiente è approssimativamente 26,86 litri, il che corrisponde alla risposta B.

La presenza di un soluto, come il NaCl, in una soluzione acquosa ha un effetto significativo sul punto di ebollizione dell'acqua. Per comprendere meglio, consideriamo il concetto di abbassamento della pressione di vapore.

Quando l'acqua è pura, ha una tensione di vapore di una atmosfera a 100 °C, il che significa che in condizioni normali bolle e passa dalla fase liquida a quella gassosa a questa temperatura. Tuttavia, quando si aggiunge un soluto come il NaCl all'acqua, le molecole del soluto interagiscono con le molecole d'acqua.

L'aggiunta del soluto riduce la tensione di vapore dell'acqua nella soluzione rispetto all'acqua pura. La tensione di vapore rappresenta la pressione esercitata dai vapori sopra una superficie liquida quando si raggiunge l'equilibrio tra la fase liquida e la fase gassosa. Se la tensione di vapore è inferiore a un'atmosfera, l'acqua non raggiungerà il punto di ebollizione a 100 °C.

Quindi, quando si ha una soluzione di NaCl, il punto di ebollizione sarà superiore a 100 °C (o 373,15 K) perché la tensione di vapore è inferiore all'atmosfera. Per far bollire la soluzione, sarà necessario aumentare la temperatura per compensare l'abbassamento della pressione di vapore causato dalla presenza del soluto.

La risposta corretta è A) "maggiore di 373,15 K".