BIK0102: ESTRUTURA DA MATÉRIA

Crédito: Sprace

ProfessorHugo B. Suffredini

hugo.suffredini@ufabc.edu.br

Site:

www.suffredini.com.br

GASES

Pressão Atmosférica

• A pressão é a força atuando em

um objeto por unidade de área:

A

FP =

• A gravidade exerce uma força sobre a atmosfera terrestre.

• Uma coluna de ar de 1 m2 de seção transversal exerce uma

força de 105 N.

• A pressão de uma coluna de ar de 1 m2 é de 100 kPa.2

Medição da pressão atmosférica - barômetro

• Unidades SI:

1 N = 1 kg m/s2 1 Pa = 1 N/m2

• A pressão atmosférica é medida com

um barômetro (com base na altura de

uma coluna de mercúrio).

• A pressão atmosférica padrão é a

pressão necessária para suportar

760 mm de Hg em uma coluna.

. h = 760 mm

• Unidades alternativas:

1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 105 Pa 3

Medição da pressão atmosférica - manômetro

• As pressões de gases em recipientes

fechados são medidas por dispositi-

vos chamados manômetros.

• Um manômetro simples pode ser feito

com um tubo em forma de U

contendo Hg

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Lei de Boyle para os Gases (Pressão e volume)

O volume de uma quantidade fixa de gás é

inversamente proporcional à sua pressão.

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Lei de Boyle para os Gases (Pressão e volume)

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Lei de Charles para os Gases (Volume e Temperatura)

• Sabemos que balões de ar quente expandem quando são

aquecidos.

• Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume de uma quantidade

fixa de gás à pressão constante aumenta com o aumento da

temperatura.

• Matematicamente:

(Temperatura - Volume)

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Lei dos Gases (Lei de Charles e Gay-Lussac)

(Temperatura - Volume)

• Um gráfico de V versus T é

uma linha reta.

• Quando T é medida em C,

a reta intercepta o eixo da

temperatura em -273,15C.

• Definimos o zero absoluto:

0 K = -273,15C.

T (K) = T (oC) + 273,15

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Lei de Avogadro

• A hipótese de Avogadro: volumes iguais de gases à mesma

temperatura e pressão contêm o mesmo número de

moléculas.

• A lei de Avogadro: o volume de gás a uma dada

temperatura e pressão é diretamente proporcional à

quantidade de matéria do gás.

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A hipótese de Avogadro teve origem na lei das combinações

volumétricas: a P e T constantes, os volumes de gases que se

combinam quimicamente guardam entre si proporções simples.

2m³ de gás hidrogênio

+

1m³ de gás oxigênio

= 2m³ de vapor de água

1m³ de gás nitrogênio

+

3 m³ de gás hidrogênio

= 2m³ de vapor de amônia

1m³ de gás hidrogênio

+

1m³ de gás cloro

= 2m³ de cloreto de hidrogênio

Lei de Avogadro

Lei de Avogadro – Quantidade de Matéria e Volume

Volume molar = volume ocupado por 1 mol de gás = 22,4 L

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Sob as mesmas condições de temperatura e pressão:

12

Volumes Molares de Diversos Gases

Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)

Podemos combiná-las em uma lei geral dos gases:

• Lei de Boyle:

• Lei de Charles:

• Lei de Avogadro:

A constante de proporcionalidade pode ser chamada de R (cons-

tante dos gases), então temos a equação dos gases ideais:

ou13

Valores numéricos da constante universal dos

gases, R, em várias unidades

Valores numéricos Unidades

0,08206 L.atm.mol-1K-1

8,314 J.mol-1.K-1 *

1,987 cal.mol-1.K-1

8,314 m3.Pa.mol-1.K-1

62,36 L.torr.mol-1.K-1

* Unidade SI.

Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)

Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)

• Definimos CNTP (condições normais de temperatura e

pressão) :

T = 0C ou 273,15 K

P = 1 atm.

• O volume de 1 mol de gás na CNTP é:

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Misturas de gases

• As moléculas de gás estão muito separadas e podemos

supor que elas comportam-se independentemente.

• Lei de Dalton: em uma mistura gasosa, a pressão total é

dada pela soma das pressões parciais de cada componente:

• A pressão parcial de cada componente da mistura é a pres-

são que ele exerceria se estivesse sozinho no recipiente.

• Assumindo comportamento ideal, cada gás obedece

individualmente à equação dos gases:

+++= 321total PPPP

=

V

RTnP ii

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Misturas de gases

+++= 321total PPPP

=

V

RTnP ii

17

Gases reais: desvios do comportamento ideal

• Da equação do gás ideal, temos

• Para 1 mol de gás, PV/RT = 1 a todas as temperaturas.

• A partir das suposições na teoria cinética, podemos

imaginar em que situações um gás NÃO se comportará

como gás ideal:

– as moléculas de um gás têm volume finito;

– as moléculas de um gás se atraem.

PV

RT= n

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Gases reais: desvios do comportamento ideal

19

Quando diminui a distância

intermolecular, há duas con-

sequências:

▪ o volume individual das

moléculas passa a ser mais

evidente;

▪ as interações intermole-

culares tornam-se mais

relevantes.

↑P:↓V

Gases reais e a equação de van der Waals

• Adicionamos dois termos à equação do gás ideal: um para

corrigir o volume das moléculas e o outro para corrigir as

atrações intermoleculares.

• Os termos de correção geram a equação de van der Waals:

onde a e b são constantes empíricas tabeladas. 20

P=nRT

V − nb−

n2a

V 2

correção para o volume

das moléculascorreção para a

atração molecular

P=nRT

V − nb−

n2a

V 2

( ) nRT=nbVV

an+P −

2

2

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Equação de van der Waals

ou

Parâmetros tabelados da equação de van der Waals

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Para casa: