Alcune annotazioni sui gas

Anassimene nell'antichità indicò l'aria come arché; Empedocle la inserì tra i quattro elementi e Aristotele riprese Empedocle nei suoi scritti sulla Natura. A Filone di Bisanzio, un autore del III secolo, probabilmente allievo di Ctesibio, si deve un semplice esperimento per evidenziare la presenza dell'aria, realizzato capovolgendo un'anfora di creta in una bacinella colma d'acqua e osservando le bollicine d'aria che ne uscivano.

Nel XV secolo, Leonardo da Vinci intuì che nell'aria dovesse esserci un "principio" capace di mantenere la vita animale e la combustione, distinto da un "principio non vitale".

Nel XVI secolo, Paracelso descrisse la preparazione di un'aria infiammabile (che oggi chiamiamo idrogeno) per reazione di un acido con un metallo (stagno, zinco, ferro).

Nel XVII secolo, J. Van Helmont studiò l'anidride carbonica emessa dalla fermentazione, dalla decomposizione del calcare, dalla combustione di legna e carbone; introdusse il termine "gas". Gli studi sull'anidride carbonica furono ripresi nel secolo successivo da Hales (che inventò il bagno pneumatico per raccogliere i gas), da Black e da Fontana.

Nel XVIII secolo Joseph Priestley preparò diverse sostanze gassose: ammoniaca, anidride solforosa, ossido nitrico, protossido di azoto, ipoazotide e soprattutto l'ossigeno (per decomposizione di HgO, 1° agosto 1774). Descrisse i suoi risultati nel libro "Osservazioni ed esperimenti su diversi tipi di arie").

Alessandro Volta raccolse nelle paludi del fiume Lambro dei campioni di quella che chiamò "aria infiammabile di palude" - composta principalmente da metano - e che descrisse nelle lettere al Padre Campi.

Carl Wilhelm Scheele descrisse la preparazione del cloro per reazione di MnO2 con l'acido cloridrico. Il cloro è un gas giallo-verdognolo, soffocante e il suo colore ispirò Ampere nel dargli il nome (dal greco chloros = verdognolo).

John Davy osservò che per reazione del cloro con il monossido di carbonio, alla presenza della luce (phos, in greco), si forma il fosgene: COCl2. 

Emanuele Paternò, alla fine dell'Ottocento, preparò il fosgene facendo passare una miscela di cloro e monossido di carbonio su carboni attivi a temperature comprese tra i 50°C e i 100°C.

Cloro e fosgene furono utilizzati come aggressivi chimici durante la Prima Guerra Mondiale e in altri eventi bellici. 

Oggi sono necessari per importanti sintesi industriali, anche se si cerca di sostituirli con sostanze meno pericolose (Green Chemistry chlorine free).

Le proprietà fisiche dei gas si riassumono specificando quattro variabili: pressione, volume, numero di moli e temperatura assoluta.

Tali grandezze sono legate dalla formula che esprime la legge dei gas ideali (o gas perfetti):

PV = nRT

ove R è la costante dei gas - che vale 0.0821 L atm / (K mol).

Una mole di qualsiasi gas, a 273.15 K e P = 1 atm, occupa il volume molare standard V = 22.41 L (principio di Avogadro - Ampere).

Per calcolare il volume occupato da più moli di gas diversi a 273.15 K e P = 1atm, basta moltiplicare il volume molare standard per il numero di moli.

Per calcolare il volume occupato da una stessa quantità (moli) di gas a diverse temperature, basta ricordare che il rapporto tra V e T è costante e quindi si imposta la proporzione 

Viniziale : Tiniziale = Vfinale : Tfinale 

e si risolve. T è sempre espressa in K.