Che cos'è il gas secco?
Molti gas puri sono prodotti per estrazione dalla miscela atmosferica (N2, CO2, Ar, ...) e nel processo produttivo sono seccati, ossia deprivati del vapor d'acqua. A rigore, la dizione gas secco è generale, e quindi non indica uno specifico elemento o composto o miscela allo stato gassoso. Quando si voglia specificare, si deve parlare di CO2 secca, azoto secco, aria secca ecc.
Usare la dizione gas secco per indicare uno specifico gas puro o miscela di gas è improprio se non addirittura sbagliato; tuttavia a volte questo errore si trova.
Per finire una curiosità che viene in mente per assonanza: il termine ghiaccio secco indica, per un uso ormai storico, la CO2 solida. Letteralmente, il ghiaccio è l'acqua solida. Il ghiaccio secco sarebbe quindi, sempre letteralmente, l'acqua solida senza acqua!
Data l'abbondanza d'acqua nell'ambiente terrestre, e considerata la naturale tendenza all'evaporazione che essa manifesta — in misura variabile — a seconda della temperatura alla quale si trova e della pressione su di essa esercitata, è assai raro e complesso ottenere e conservare campioni di gas o miscele completamente anidri.
Tuttavia, per particolari situazioni o necessità, ciò è reso possibile dall'uso di sostanze adatte all'uopo dette agenti disidratanti o, più semplicemente, disidratanti. Il gel di silice è un esempio comune; chi abbia acquistato apparecchiature elettroniche oppure ottiche lo avrà certamente notato — in bustine ermeticamente chiuse, pronte all'uso in caso di condensa o spruzzi indesiderati — all'interno delle confezioni.
L'azione disidratante, ottenuta per diretto contatto con il gas umido, si produce sostanzialmente attraverso due differenti meccanismi; il primo, reversibile, fissa le molecole d'acqua all'agente, permettendone in un secondo tempo un eventuale rilascio. Il solfato di calcio
(CaSO4) e il cloruro di calcio (CaCl2) sono due esempi comuni di disidratanti che agiscono con tale meccanismo.
Il secondo, irreversibile, in grado di trasformare, mediante un vero e proprio processo chimico, la miscela in una nuova, completamente priva d'acqua; il pentossido di difosforo (P2O5), è un esempio di questa seconda classe.
Lo studio degli aeriformi, sia prodotti da reazioni, sia sottoposti per studio a modificazioni delle variabili di stato, non prevede mai però l'eliminazione del vapor d'acqua* con i metodi sopra descritti (di norma costosi e non sempre agevoli da realizzare).
In laboratorio, gas e vapori ottenuti da processi chimici controllati, sono solitamente intrappolati — a pressione e temperatura ordinari — in provette, bottiglie graduate, campane di vetro ecc. chiuse al fondo da acqua, come illustrato dalla figura seguente
L'acqua tende a evaporare e così il gas sovrastante viene "contaminato" dal vapore acqueo. Ecco perché, in pratica, ogni gas così ottenuto risulta "umido".
Il problema del calcolo della quantità effettiva di un dato gas intrappolato sotto una campana di vetro (gas secco) può essere risolto semplicemente con l'applicazione della legge di Dalton delle pressioni parziali. Per una miscela binaria formata dal solo gas X e vapor d'acqua, possiamo scrivere:
dove il valore dell'addendo PH2O, al secondo termine, è facilmente reperibile da tabelle indicanti i valori delle tensioni (o pressioni) di vapore saturo dell'acqua in funzione della temperatura
e Ptotale rappresenta la pressione misurata (pressione atmosferica). Effettuata la correzione di volume in base alla pressione effettiva del gas secco, si potranno calcolare le moli (n) dell'aeriforme applicando la ben nota equazione:
avendo cura di sostituire opportunamente i valori della temperatura T (in gradi kelvin) e della costante R in relazione alle unità di misura scelte.
In esperimenti più sofisticati, il gas può essere raccolto su mercurio anziché acqua. Questo metallo liquido manifesta pressione di vapore molto bassa alle temperature ordinarie, cosicché il volume del gas letto sul tubo graduato può essere tranquillamente considerato reale (gas secco) e non necessita dunque delle correzioni sopra menzionate.
Determinazioni quantitative di gas prodotti da processi chimici sono alla base di tecniche analitiche dette volumetriche (da non confondere con le normali titolazioni usate in titrimetria che coinvolgono, invece, soluzioni) mediante le quali si può risalire alla composizione di campioni minerali incogniti, nota l'esatta quantità di gas prodotto e la stechiometria del processo responsabile dell'effervescenza. Gli strumenti impiegati in tali analisi sono detti calcimetri e il processo principale, alla base del procedimento d'analisi, consiste nella produzione di anidride carbonica (CO2) mediante reazione del campione pesato con acido muriatico in eccesso secondo lo schema:
Note
* Con grande approssimazione possiamo stimare che 1 mg d'acqua contenuto in un litro di gas a 25°C eserciti una pressione parziale di 1 mmHg circa.