Dicas importantes e os conceitos sobre o estudo dos Gases e suas aplicações

 

17 de outubro de 2016

 

Você sabe como os gases se comportam?

E além disso, você tem ideia do que costuma ser cobrado nos concursos públicos sobre este assunto?

Verifique a seguir o que você precisa ficar atento para sair bem nas questões.

gases

 

estudo do comportamento dos gases deve ser feito sempre a partir de suas três variáveis de estado: pressão, temperatura e volume.

 

Equação geral dos gases

 

 

Todo gás é constituído de partículas (moléculas) que estão em contínuo movimento desordenado. Esse movimento de um grande número de moléculas provoca colisões entre elas e, por isso, sua trajetória não é retilínea num espaço apreciável, mas sim caminham em ziguezague. Essas colisões podem ser consideradas perfeitamente elásticas. O estado em que se apresenta um gás, sob o ponto de vista microscópico, é caracterizado por três variáveis: pressão, volume e temperatura. São denominadas variáveis de estado.

 

I. Volume

 

 

 

volume

 

O volume de qualquer substância é o espaço ocupado por esta substância. No caso dos gases, o volume de uma dada amostra é igual ao volume do recipiente que a contém. As unidades usuais de volume são:

– litro (L),

– mililitro (ml),

– metro cúbico (m3),

– decímetro cúbico (dm3) e

– centímetro cúbico (cm3).

 

II. Temperatura

 

 

 

temperatura

É a medida do grau de agitação térmica das partículas que constituem uma substância. No estudo dos gases, é utilizada a escala absoluta ou Kelvin (K) e, no Brasil, a escala usual é a Celsius ou centígrado (°C). Portanto, para transformar graus Celsius (t) em Kelvin, temos:

 

III. Pressão

 

 

pressao

A pressão é definida como força por unidade de área. No estado gasoso, a pressão é o resultado do choque de suas moléculas contra as paredes do recipiente que as contém. A medida da pressão de um gás é feita através de um aparelho chamado manômetro. O manômetro é utilizado na medida da pressão dos gases, dentro de recipientes fechados.

 

Leis Físicas dos Gases

 

 

 

leis-fisicas dos gases

Uma dada massa de gás sofre uma transformação quando ocorrem variações nas suas variáveis de estado. Começamos o estudo modificando-se apenas duas das grandezas e a outra se mantém constante.

 

Lei de Boyle-Mariotte

 

“À temperatura constante, uma determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional à pressão exercida sobre ele”.

Esta transformação gasosa, onde a temperatura é mantida constante, é chamada de transformação isotérmica.

 

Experiência da Lei de Boyle-Mariotte

 

 

 

 

 

lei-de-boyle

A lei de Boyle-Mariotte pode ser representada por um gráfico pressão-volume. Neste gráfico, as abscissas representam a pressão de um gás, e as ordenadas, o volume ocupado.

grafico-boyle

A curva obtida é uma hipérbole, cuja equação representativa é PV = constante. Portanto, podemos representar:

equacao-pressao

 

 

Lei de Charles/Gay-Lussac

 

 

 

À pressão constante, o volume ocupado por uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

Esta transformação gasosa, onde a pressão é mantida constante, é chamada de transformação isobárica. As relações entre volume e temperatura podem ser representadas pelo esquema:

 

lei-de-charles-lussac

Graficamente, encontramos:

grafico-gay-lussac

 

A reta obtida é representada pela equação: V = (constante) · T ou V/T = constante

Com isso, ficamos com:

formula-gay-lussac

 

Lei de Charles/Gay-Lussac

 

 

A volume constante, a pressão exercida por uma determinada massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

Esta transformação gasosa, onde o volume é mantido constante, é denominada de transformação isocórica, isométrica ou isovolumétrica. As relações entre pressão e temperatura são representadas a seguir:

lei-charles-lussac

Graficamente, encontramos:

grafico-charles-lussac

A reta obtida é representada pela equação: P = (constante) · T ou P/T = constante

Com isso, ficamos com:

formula-charles-gay-lussac

Gás Perfeito ou Ideal

 

 

 

Obedece rigorosamente às Leis Físicas dos Gases em quaisquer condições de temperatura e pressão.

 

Gás Real

 

 

 

Não segue o comportamento do gás ideal, principalmente em pressões muito altas e/ou em temperaturas baixas, porque ocorre alta redução de volume e as partículas, muito próximas, passam a interferir umas no movimento das outras. Um gás real aproxima-se do comportamento de um gás ideal à medida que diminui a pressão e aumenta a temperatura.

 

Equação Geral dos Gases

 

 

Esta equação é utilizada quando ocorre transformação gasosa em que as três variáveis de estado (P, V e T) se modificam simultaneamente. Ela é obtida por meio da relação matemática entre as transformações gasosas estudadas anteriormente.

formula-equacao-geral

grafico-transformacoes-gasosas

Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP, CN ou TPN)

São definidas como condições normais de temperatura e pressão quando o gás é submetido a uma pressão de 1 atm e à temperatura de 0 °C. Portanto, podemos colocar:

P = 1 atm = 760 mmHg

T = 0 °C = 273 K

“Volumes iguais de gases quaisquer, à mesma temperatura e pressão, encerram o mesmo número de moléculas”

Lei de Avogadro

 

 

lei-avogadro

 

 

Sendo n a quantidade em mols de cada gás, podemos concluir que:

formula-mols

Determinou-se experimentalmente o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás nas CNTP e foi encontrado o valor aproximadamente igual a 22,4 L. Portanto, podemos dizer que:

 

Equação de Clapeyron

 

 

As leis de Boyle e Charles/Gay-Lussac podem ser combinadas com a lei de Avogadro para relacionar volume, pressão, temperatura e quantidade em mols de um gás. Tal relação é chamada de equação de estado de um gás. Ela pode ser encontrada das seguintes formas:

Lei de Boyle-Mariotte

V é proporcional a  quando T e n são constantes.

Lei de Charles/Gay-Lussac

V é proporcional a T onde P e n são constantes.

P é proporcional a T onde V e n são constantes.

Lei de Avogadro

V é proporcional a n quando T e P são constantes. Agrupando as quatro expressões encontramos:

V é proporcional a  · (T) · (n) ou

V = R ·  · (T) · (n), onde R representa a constante de proporcionalidade e é chamada de constante universal dos gases. A equação de estado pode então ser representada por:

clapeyron

Esta equação também é denominada de equação de Clapeyron, em homenagem ao físico francês que a determinou. A constante R pode assumir dois valores distintos, de acordo com a unidade de pressão utilizada, dentre os quais temos:

constante-r

 

 

Misturas gasosas

 

 

 

 

 

misturas-gasosas

 

 

As misturas gasosas são muito comuns no cotidiano. É possível descobrir sua pressão e volume total através das pressões e volumes parciais dos gases componentes da mistura.

Estamos cercados mais por misturas de gases do que por gases isolados. O ar que respiramos é um exemplo de mistura de vários gases, sendo que os principais são o nitrogênio (N2), que corresponde a cerca de 80% do ar; e o oxigênio (O2), que é quase 20%.

Visto que são tão presentes em nosso cotidiano, é necessário analisar duas grandezas importantes quando se trata de misturas gasosas, que são: pressão parcial e volume parcial. A seguir, ambos serão explicados:

1. Pressão parcial dos gases:

 

A pressão parcial de um gás é a pressão que ele exerceria se estivesse sozinho, nas mesmas condições de temperatura e volume da mistura.

Segundo Dalton, a soma das pressões parciais dos gases que formam a mistura resulta na pressão total (p) da mistura. Por exemplo, se a pressão do ar for de 1,0 atm, a pressão parcial do N2 será de 0,8 (80% da pressão total) e a pressão parcial de O2 será igual a 0,2 % (20% da pressão total da mistura).

Essa Lei de Dalton é mostrada também pela fração em quantidade de matéria (X). Essa fração no caso do nitrogênio é dada por 0,8 mol.

1,0 mol

PN2= p . XN2

PN2= 1,0 atm . 0,8 = 0,8 atm.

Pode-se também calcular cada pressão parcial por meio da equação de estado dos gases:

formula-pressao-parcial

Equação de estado dos gases: PV = nRT

 

2.Volume parcial dos gases:

 

Similarmente à pressão parcial, o volume parcial corresponde ao volume que um gás ocupa nas condições de temperatura e pressão da mistura.

A Lei de Amagat diz que a soma dos volumes parciais é igual ao volume total, assim como o caso da pressão visto anteriormente. Por isso, usamos a equação de estado dos gases, com a única diferença que agora se coloca o volume parcial do gás e não a pressão:

volume

Também é possível calcular o volume parcial de cada gás componente da mistura por meio da fração em quantidade de matéria.

 

E ai gostou? Ou melhor, compreendeu um pouco sobre o comportamento e a equação dos gases?

Usamos este post para auxiliar seus estudos e facilitar sua compreensão.

Boa sorte em sua caminhada rumo a aprovação em um concurso público!!

 

 Tutora Janaina Lopes de Oliveira

 

17 de outubro de 2016

 

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