Da esperienze quotidiane sembrerebbe che il gas metano sia più leggero dell’aria… è vero? A tal proposito c’è differenza tra GPL e gas metano!! Grazie Danilo Cominelli

Il metano (CH4) ha effettivamente peso specifico inferiore a quello dell’aria.
Il peso specifico dei gas dipende in maniera importante dalle condizioni di pressione e temperatura, se p=1atm e T=298K (25°C) si ha:

d(CH4) = 0.65721g/l
d(aria) = 1.18453g/l

Per un gas il cui comportamento possa essere descritto dal modello dei gas ideali (se siamo a pressione e temperatura ambiente il modello dei gas ideali è molto buono per moltissimi gas) il peso specifico può essere calcolato facilmente nota la massa molare.
Ciò è possibile perchè per la teoria cinetica dei gas e in particolare per la legge di Avogadro, il numero di molecole di gas che occupa un certo volume è lo stesso indipendentemente dalla natura del gas, o in altre parole, una mole di gas, a una certa pressione e temperatura, occupa lo stesso volume indipendentemente dalla natura del gas.

Sia il metano che l’aria, a pressione 1 atm e temperatura 25°C si comportano in ottimo accordo con la legge dei gas perfetti

pV=nRT

p è la pressione
V il volume occupato dal gas
n è il numero di moli
R è la costante universale dei gas, il suo valore dipende dalle
unità di misura che vogliamo impiegare per il volume e la
pressione, se usiamo il litro e l’atmosfera R=0.0821 atm*l/(mol*K)
T è la temperatura assoluta (e quindi in Kelvin)

Per conoscere il volume occupato da una mole di gas alla temperatura T e alla pressione p, basta porre n=1

pVm=RT Vm:volume molare

Vm=RT/p

se P=1atm e T=298K=25°C
Vm=0.0821*298/1=24.466 l/mol

Per trovare il peso specifico del gas desiderato sarà ora necessario conoscere la massa molare M.
M si calcola facilmente nota la formula molecolare e le masse atomiche degli atomi presenti nella molecola.
Nel caso del metano:

M(CH4)=12.0107 + 4*1.00794 = 16.04246 g/mol

dCH4(g/l)=16.04246(g/mol)/24.466(l/mol)=0.656 g/l

Si può notare che c’è ottimo accordo tra il dato calcolato e quello ottenuto sperimentalmente.

Vediamo un altro esempio, l’anidride carbonica, CO2

M(CO2) = 12.0107 + 2*15.9994 = 44.0095 g/mol

dCO2(g/l)=44.0095(g/l)/24.466(l/mol)=1.799 g/l

L’aria non è una sostanza pura ma una miscela, quindi sarà necessio ricavare la massa molare media.
La composizione dell’aria è circa 78% azoto(N2), 21% ossigeno (O2), 1% argo (Ar)
(gli altri gas presenti in tracce non hanno molta importanza in questo contesto per cui li trascurerò).
MN2=2*14.0067=28.0134g/mol
MO2=2*15.9994=31.9988g/mol
MAr=39.948.g/mol

(aria)=0.78*28.0134 + 31.9988*0.21 + 39.948*0.01 = 28.970g/mol

d(aria)(g/l)= 28.970(g/mol)/24.466(l/mol)= 1.184g/l

Anche in questo caso la legge dei gas perfetti si dimostra adeguata.

Qunidi il metano è più “leggero” dell’aria, mentre l’anidride carbonica è più “pesante”.

Il GPL (gas di petrolio liquido) è una miscela principalmente di propano(CH3CH2CH3), n-butano(CH3CH2CH2CH3), isobutano (CH3CH(CH3)CH3), e tracce di altri idrocarburi, quali per esempio propene (CH2=CHCH3), 1-butene (CH2=CHCH2CH3) e 2-butene (CH3CH=CHCH3).
Propano, n-butano e isopropano, a pressione e temperatura ambiente, sono gas (le loro temperature di ebollizione sono rispettivamente -41.1°C, -0.5°C, -11.8°C) che però possono essere facilmente liquefatti sotto pressione.
Questi gas vengono ottenuti industrialmente nei seguenti modi:
1. estrazione dalle frazioni più leggere della distillizione del petrolio
2. dal cracking di idrocarduri più pesanti
3. dal gas naturale

In genere viene poi aggiunto il tiolo etilico (CH3CH2SH) per dargli un odoraccio (l’arcinota puzza di gas) che possa permettere di rilevare eventuali perdite nei sistemi di stoccaggio-trasporto-impiego.

Il metano, che non può essere liquefatto a temperatura ambiente (Tc=-82°C*), non è contenuto nel GPL se non in minime tracce.

*Tc è la temperatura critica, ha un valore caratteristico per ogni gas, è la temperatura sopra la quale un dato gas non può essere liquefatto indipendentemente dalla pressione applicata.