La densità della CO2 dipende dalla temperatura e dalla pressione. In particolare, alla temperatura di 0 gradi Celsius e alla pressione di 1 atmosfera, la densità dell'anidride carbonica vale circa 1,964 chilogrammi al metro cubo.
L'anidride carbonica (CO2) è un gas le cui molecole sono formate da un atomo di carbonio (C) e due atomi di ossigeno (O2); è considerata il principale gas serra e viene prodotta durante la respirazione e nella maggior parte delle combustioni.
La CO2 è una delle principali componenti dell'atmosfera terrestre dopo azoto, ossigeno e argon, ed è il gas con la densità maggiore tra di essi.
Densità della CO2 in kg/dm3 e in g/cm3
Il più delle volte si preferisce esprimere la densità di una sostanza in kg/m3, ossia usando le unità di misura fondamentali del Sistema Internazionale per massa e volume.
Per esprimere i valori della densità dell'anidride carbonica in chilogrammi al decimetro cubo (kg/dm3) o in grammi al centimetro cubo (g/cm3) basta convertire la densità in kg/m3 nell'unità di misura desiderata, moltiplicando o dividendo per uno specifico fattore di conversione.
Poiché 1 metro cubo equivale a 1000 decimetri cubi:
Analogamente, ricordando che 1 kg equivale a 103 grammi e che 1 metro cubo corrisponde a 106 centimetri cubi:
Ciò implica che la densità della CO2 in kg/dm3 e in g/cm3 si calcola dividendo per 1000, oppure moltiplicando per 10-3, la densità espressa in kg/m3. Più esplicitamente:
• la densità della CO2 in chilogrammi al decimetro cubo è di 0,001964 kg/dm3, che si preferisce esprimere in notazione scientifica come 1,964×10-3 kg/dm3
• la densità della CO2 in grammi al centimetro cubo è di 0,001964 g/cm3, o equivalentemente di 1,964×10-3 g/cm3
Formula per il calcolo della densità della CO2
La densità dell'anidride carbonica dipende dalla pressione e dalla temperatura, come d'altronde avviene per tutti i gas, e in particolare:
- a parità di pressione, se la temperatura aumenta la densità diminuisce;
- a parità di temperatura, se la pressione aumenta anche la densità aumenta.
Per quel che riguarda la formula, la densità della CO2 è uguale al prodotto tra la massa molare della CO2 e la pressione, il tutto fratto il prodotto tra la costante universale dei gas e la temperatura.
Se indichiamo con
la massa molare dell'anidride carbonica, con
la pressione, con
la temperatura e con
la costante universale dei gas, la densità della CO2
è data da:
Attenzione però! Per ottenere la densità in kg/m3 si devono esprimere:
• la massa molare in
;
• la pressione in pascal (Pa);
• la temperatura in kelvin (K);
• la costante universale dei gas in
, il cui valore approssimato alla terza cifra decimale è dato da
Osserviamo che la precedente formula non è altro che una rielaborazione della legge dei gas ideali:
dove
indica il numero di moli che costituiscono il gas. La massa infatti può essere espressa come prodotto tra massa molare (massa di 1 mole della sostanza) e numero di moli, dunque basta sostituire il numero di moli con il rapporto tra massa totale e massa molare.
Esempio sul calcolo della densità della CO2
Calcolare la densità della CO2 alla temperatura di 15 °C e alla pressione di 1 atm.
Svolgimento: per prima cosa esprimiamo la temperatura in kelvin e la pressione in pascal.
Per convertire i gradi Celsius in kelvin basta sommare 273,15:
Per convertire le atmosfere in pascal si deve moltiplicare per 101325:
A questo punto ricordiamo che la massa molare della CO2 è 44,01 g/mol, che equivalgono a 0,04401 kg/mol
Abbiamo ora tutto quello che serve per calcolare la densità della CO2 alla temperatura di 15 °C e alla pressione di 1 atm
Calcoliamo i prodotti e semplifichiamo le unità di misura:
Dalle definizioni di pascal (Pa) e di joule (J) sappiamo che
dunque
Abbiamo così ricavato che la densità della CO2 alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 15 °C è di circa 1,861 kg/m3.
***
Ci fermiamo qui. Per vedere nel dettaglio come ricavare la formula della densità al variare di pressione e temperatura ti rimandiamo all'approfondimento sulla densità dei gas.
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