ana maria medeiros – escola secundária do forte da casa quÍmica 12º fevereiro 2012

O ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros – Escola Secundária do Forte da Casa

QUÍMICA 12º Fevereiro 2012

2Ana Maria Medeiros 12º Ano Química

A Lei dos Gases Ideais, como o próprio nome indica refere-se a Gases Ideais, ou seja que respeitem as seguintes condições:

• O gás é constituído por um número muito grande de moléculas em movimento desordenado descrito pelas leis de Newton;

• O volume próprio das moléculas é desprezável face ao volume do recipiente.

• As forças intermoleculares são desprezáveis, excepto nas colisões mútuas e com as paredes do recipiente.

• As colisões são elásticas e de duração desprezável.

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Gás Ideal

OBJETIVOS:

Explorar a relação entre a pressão, volume e temperatura de um gás ideal;

Criar gráficos com base em dados compilados de atividades experimentais baseadas em simuladores;

Elaborar conclusões qualitativas sobre as relações, pressão, volume e temperatura;

Utilizar simuladores no estudo dos gases ideais.

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

SIMULADORES A UTILIZAR:

http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Gas_Properties

http://www.walter-fendt.de/ph14pt/gaslaw_pt.htm

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

Ana Maria Medeiros

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

LEI DE CHARLES:

• Bombear um número de moléculas de gás na câmara e ver o que acontece ao volume ocupado pelo gás quando se altera a temperatura absoluta.

• Procedimento:o Utilizar o simulador PhET;o Bombear 20 moléculas leves ;

o Fixar o volume, V1 (em nm na régua), e ler T1 e p;

o Aumentar o volume em proporção ao anterior e fixá-lo;o Aquecer cuidadosamente até atingir p;

o Ler T2;

oRepetir o procedimento o número de vezes necessário, e em número ímpar, de modo a obter resultados significativos para se chegar a uma relação V/T coerente.

Repetir o procedimento utilizando o simulador Walter-fendt

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ESTUDO DO ESTADO GASOSO

LEI DE GAY-LUSSAC:

• Bombear um número de moléculas de gás na câmara e ver o que acontece à pressão do gás quando se altera a temperatura absoluta.

• Procedimento:oUtilizar o simulador PhETo Bombear 100 moléculas leves ;

oFixar o volume, V (em nm na régua,) e ler T1 e p1;

oAquecer cuidadosamente de modo a aumentar a temperatura em proporção, à anterior;

oAguardar um pouco e ler, aleatoriamente, 5 valores de pressão e calcular a sua média;

oRepetir o procedimento o número de vezes necessário , e em número ímpar, de modo a obter valores significativos para se chegar a uma relação p/T coerente.

Repetir o procedimento utilizando o simulador Walter-fendt

Ana Maria Medeiros

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

LEI DE BOYLE-MARIOTTE:

• Bombear um número de moléculas de gás na câmara e ver o que acontece à pressão do gás quando se altera o volume.

• Procedimento:oUtilizar o simulador PhET;oBombear 80 moléculas leves ;

oFixar a temperatura, T, em 300 K, e seleccionar um volume inicial V1 (na régua em nm);

oAguardar um pouco e ler, aleatoriamente, 5 valores de pressão e calcular a sua média, p1;

oRepetir o procedimento o número de vezes necessário , e em número ímpar, de modo a obter valores significativos para se chegar a relações p/V e p.V conclusivas.

Repetir o procedimento utilizando o simulador Walter-fendt

QUESTÕES A EXPLORAR:

Quais as alterações que se verificam, no estudo anterior, se as espécies bombeadas na câmara fossem moléculas pesadas?

Quais as alterações que se verificam, no estudo anterior, se as espécies bombeadas na câmara fossem uma mistura de moléculas leves e pesadas?

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

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BOAS SIMULAÇÕES

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EXPLORAÇÃO DOS RESULTADOS:

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

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n(nº moléculas)

p(atm)

L(nm)

V(nm3)

Temp.(K)

V/T(nm3K-1)

3,0 3,0 300 0,0104,5 4,5 450 0,0106,0 6,0 600 0,0107,5 7,5 749 0,0109,0 9,0 901 0,010

20 0,25

Lei de Charles:

Processo isobárico/ pressão constante / razão V/T = Kp

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

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200 300 400 500 600 700 800 90010000.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

f(x) = 0.00999325349974701 x + 0.00404790015179568R² = 0.999991566874684

Temperatura (K)

Volume (nm3)

Conclusão:A pressão constante, o volume varia proporcionalmente

com a temperatura.

V=kp.T

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

Lei de Gay-Lussac:

n(nº moléculas)

V(nm3)

pm

(atm)Temp.

(K)p/T

(atm K-1)0,52 300 0,00170,76 450 0,00170,98 600 0,00161,20 750 0,00161,43 900 0,0016

100 4,0

Processo isocórico/ volume constante / razão p/T = Kv

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

200 300 400 500 600 700 800 900 10000.00

0.40

0.80

1.20

1.60

f(x) = 0.00150666666666667 x + 0.0740000000000001R² = 0.999765111180708

Temperatura (K)

Pressão média (atm)

Conclusão:A volume constante, a pressão varia

proporcionalmente com a temperatura.

p=kv.T

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Ana Maria Medeiros

n(nº moléculas)

T(K)

L(nm)

V(nm3)

Pressão.(atm)

1/V(nm-3)

p/V(atm nm-3)

p . V(atm nm3)

3,0 3,0 0,89 0,33 0,30 2,674,5 4,5 0,58 0,22 0,13 2,616,0 6,0 0,44 0,17 0,07 2,647,5 7,5 0,35 0,13 0,05 2,639,0 9,0 0,30 0,11 0,03 2,70

80 300

Lei de Boyle-Mariotte:

Processo isotérmico/ temperatura constante / razão p.V = KT

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.00.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Volume (nm3)

Pressão média (atm)

Conclusão:A temperatura constante, a pressão varia

inversamente ao volume.

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.350.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

f(x) = 2.66473354231975 x − 0.00318181818181862R² = 0.999281690874478

1/V (nm-3)

Pressão (atm)

Conclusão:A temperatura constante, a pressão varia proporcionalmente ao inverso do volume.

p=kT.(1/V)

2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.0010.001.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

f(x) = 0.00500000000000004 x + 2.619R² = 0.107758620689657

Volume (nm3)

Pressão . Volume (atm nm3)

Conclusão:A Temperatura constante, o produto pressão x

Volume é constante.

p.V=kT

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Ana Maria Medeiros

ESTUDO DO ESTADO GASOSO

Ana Maria Medeiros

Lei dos gases ideais: Em geral, a equação que relaciona as grandezas termodinâmicas p,T,V denomina-se equação de estado e pode ser escrita como:

f (p,V,T) = 0

Para os gases reais esta equação é geralmente bastante complexa, no entanto, para os gases ideais as grandezas,

p,T,V, como já vimos, estão relacionadas de forma bastante mais simples.

Experimentalmente verificou-se que RT = Rp = RV =R. Sendo assim, as leis de Boyle-Mariotte, de Charles e de Gay-Lussac,

podem ser combinadas numa equação,

PV=nRT

denominada equação de estado dos gases ideais.

A constante R denomina-se constante universal dos gases ou constante dos gases perfeitos, R=8,314 J mol-1 K-1 ou R=0,08206

atm dm3mol-1 K-1

“É o que nós pensamos que sabemos que nos impede de aprender”

[Claude Bernard]

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