Fattore di comprimibilità
Il fattore di comprimibilità o di compressibilità viene indicato con la lettera Z ed è una proprietà termodinamica che serve a modificare la legge dei gas ideali per tenere conto del comportamento dei gas reali.
Esso è una misura di quanto le proprietà termodinamiche di un gas reale si discostano da quelle attese da un gas ideale.
Gas ideali e gas reali
Si riportano in tabella le differenze tra i gas ideali e quelli reali
| Gas ideali | Gas reali |
| Le molecole hanno un volume trascurabile | Le molecole hanno un volume definito |
| Non sono presenti forze di interazione tra le molecole | Esistono forze di interazione tra le molecole |
| Le molecole interagiscono tra loro e con le pareti del recipiente tramite urti elastici | Le molecole interagiscono tra loro e con le pareti del recipiente tramite urti non elastici |
| Obbediscono alle leggi dei gas ideali | Obbediscono alla legge dei gas ideali solo a bassa pressione e alta temperatura |
| Le molecole hanno un volume trascurabile rispetto a quello a disposizione del gas | Le molecole hanno un volume proprio e non trascurabile rispetto a quello a disposizione del gas |
Fattore di comprimibilità e deviazione dall’idealità
Per un gas ideale vale la legge pV = nRT in cui p è la pressione, V è il volume, n è il numero di moli, R è la costante dei gas e T è la temperatura.
Dividendo ambo i membri per n si ha:
pVm = RT essendo Vm il volume molare.
Per un gas ideale quindi il rapporto pVm/RT detto fattore di comprimibilità è pari a 1. Pertanto:
pVm/RT = 1 = Z
Per un gas reale il fattore di comprimibilità è diverso da 1 e può deviare positivamente o negativamente a seconda dell’effetto delle forze intermolecolari dei gas.
A basse pressioni Z è minore di 1 e ciò implica che il gas reale è più comprimibile di quanto lo sia un gas ideale a causa di forze intermolecolari di tipo attrattivo tali da favorire la compressione del gas.
Aumentando la pressione del gas, il rapporto di comprimibilità raggiunge un minimo che dipende dal tipo di gas e dalla temperatura e poi torna ad aumentare fino a quando diventa superiore a 1 il che implica la presenza di forze intermolecolari a corto raggio d’azione tali da opporsi alla compressione.
Aumentando la temperatura i minimi delle curve diventano sempre meno marcati, finché per temperature sufficientemente elevate la pendenza della curva risulta sempre positiva, ovvero il fattore di comprimibilità è sempre maggiore di 1.
Pertanto il valore di Z:
- tende verso 1 quando la pressione del gas si avvicina a 0, dove tutti i gas tendono al comportamento ideale
- è inferiore a 1 a pressioni intermedie perché le forze intermolecolari di attrazione fanno sì che i volumi effettivi siano inferiori ai valori ideali
- è maggiore di 1 e alla fine tende all’infinito a pressioni elevate perché le forze repulsive intermolecolari fanno sì che i volumi effettivi siano maggiori dei valori ideali
