atmosfera temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. a terra aquece as...

36
ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e volume molar

Upload: trinhliem

Post on 12-Nov-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e volume molar

Page 2: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

As camadas na atmosfera são:

Troposfera.

Estratosfera.

Mesosfera

Termosfera

Exosfera

A variação da temperatura com a altitude permite definir 5 camadas.

As zonas de fronteira tomam o nome de :

Tropopausa

Estratopausa

Mesopausa

Termopausa

Page 3: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Proximidade do Sol.

Interação da radiação solar com os gases atmosféricos.

Ocorrência de reações químicas entre espécies atmosféricas.

Page 4: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Maior altitude menor temperatura.

A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície;

O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio (mais denso) desce, num movimento vertical de convecção.

As massas de ar podem também movimentar-se (horizontalmente) pela ação dos ventos.

As temperaturas depende também da latitude e longitude.

Diminui até cerca -60 ºC.

Page 5: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

O aumento da temperatura, com a altitude, na estratosfera, está associado à absorção pelo ozono da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, evitando que os raios mais perigosos atinjam a Terra e protejam os seres vivos. O ozono, absorve as radiações UV-B (280-320 nm), transformando-se em dioxigénio, sendo esta reação fortemente exotérmica:

2 O3 + UV → 3 O2 + calor

Page 6: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

A temperatura diminui com a altitude até ao valor mínimo de -90 ºC a 80 km.

Esta variação é atribuída à diminuição da influência do ozono e ao afastamento da Terra que leva a uma progressiva rarefação e consequente arrefecimento.

Dá-se a volatilização das estrelas cadentes, meteoritos…

Page 7: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

As moléculas existem dissociadas e ionizadas devido à radiação ultravioleta e ao vento solar.

A elevada temperatura observada resulta do choque entre moléculas e iões (acelerados por campos elétricos e magnéticos locais).

A temperatura (450-2300 ºC) depende da atividade solar sendo maior durante o dia.

Zona onde as ondas rádio se refletem voltando à Terra o que facilita as comunicações.

Page 8: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

A densidade da atmosfera é extremamente baixa.

A atmosfera é constituída exclusivamente por alguns iões (não existem moléculas gasosas neutras).

Page 9: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio
Page 10: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

A força gravítica atrai a massa gasosa da atmosfera para a Terra.

A pressão atmosférica é a pressão exercida pelo peso de uma coluna de ar com a altura igual à da atmosfera e base de um metro quadrado.

A pressão atmosférica diminui com a altitude.

A pressão atmosférica normal é igual a 760 mm Hg (pressão a 0º C e ao nível das águas do mar).

Page 11: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Como varia a pressão e a densidade com a altitude ?

À medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica e a densidade da atmosfera vai diminuindo.

A 11 km a pressão atmosférica é cerca de 25% da pressão atmosférica normal, mas na estratosfera é cerca de mil vezes menor.

Page 12: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Mole

Volume Molar

Massa Molar

Page 13: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

O Comité de dados para a ciência e tecnologia publicou a

última versão da CODATA (V.6) em 02-06-2011 denominada:

“2010 CODATA“.

A CODATA recomenda para o volume molar de um gás ideal,

nas CNTP (condições normais de temperatura e pressão) os

valores:

A PTN (273,15 K; 101 325 Pa)

O volume molar é: 22,413 996 ± 0,000 039 L mol-1

Page 14: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

A IUPAC define Pressão Atmosférica Padrão como

sendo Pa.

A esta pressão atmosférica padrão corresponde o

volume molar (padrão) : 22,71 L/mol.

Nas CPTP (condições de pressão e temperatura padrão)

(273,15 K; 100 000 Pa) o volume molar é:

= 22,710 981 ± 0,000 040 L mol-1

Page 15: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Em 1811, formulou a hipótese sobre a composição

molecular dos gases. Formou-se em ciências jurídicas, mas

exerceu a advocacia por pouco tempo, dedicando-se como

amador à matemática, à física e à química. Em 1809 tornou-

se professor de física e de matemática no Realli Collegio de

Vercelli. Em 1811, com base nos estudos de Joseph-Louis

Gay-Lussac, enunciou o extraordinário princípio de

Avogadro:

Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão, têm o mesmo número de moléculas.

Lei de Avogadro

Page 16: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio
Page 17: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio
Page 18: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio
Page 19: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

O número de partículas, N, presentes numa amostra é dado pela expressão:

A massa de uma amostra é dada por:

O volume de uma amostra de gás a PTN é dado por:

N = n x NA

m = n x M

V = n x Vm V – volume da amostra n – quantidade de matéria Vm – volume molar

N – número de partículas da amostra n – quantidade de matéria NA – constante de Avogadro

m – massa da amostra n – quantidade de matéria M – massa molar

Page 20: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Volume Molar (Vm)

É o volume ocupado por uma mole de gás. Exprime-se em

decímetros cúbicos por mole ou em litros por mole.

O volume molar de qualquer gás nas condições PTN é

sempre 22,4 .

Nesse volume existem moléculas.

Page 21: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Volume Molar (Vm)

O volume ocupado por um gás praticamente não

depende do tipo de moléculas que o constituem,

mas sim do seu número porque as moléculas de

uma amostra no estado gasoso ocupam um espaço

ínfimo quando comparado com o volume da

amostra.

Page 22: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Volume Molar (Vm)

O facto do volume molar de um gás não depender do tipo

de moléculas desse gás subentende duas afirmações:

O volume das moléculas é desprezável quando

comparado com o volume do gás.

As moléculas do gás praticamente não interagem entre

si (pois estão afastadas umas das outras).

Page 23: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Mole – Substâncias Gasosas É fácil medir uma mole de moléculas de oxigénio?

O oxigénio é um gás.

Basta medir um volume de 22,4 L, nas

condições PTN, e obtemos moléculas.

Page 24: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Mole – Substâncias Sólidas e líquidas

É fácil medir uma mole de moléculas destas

substâncias?

Não sabemos qual o volume molar!

Como podemos medir a quantidade de matéria?

Para dar resposta à questão temos que definir

uma nova grandeza – a massa molar

Page 25: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Massa Molar

A massa molar (M) indica a massa (m) por unidade

de quantidade de matéria, (n) e é expressa em gramas

por mole (g/mol)

m – massa da amostra n – quantidade de matéria M – massa molar

Page 26: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Massa Molar

A massa molar diz-nos qual é a massa que

corresponde a uma mole de determinada

substância. Por exemplo:

Como : e a

Page 28: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Densidade do ar/ densidade da água

H2O

Page 29: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Densidade de substâncias sólidas

Page 30: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Síntese:

As grandezas mais usadas em química:

Page 31: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Exercício - 1

Com base nas definições de quantidade de matéria e de

volume molar, calcule:

a) O número de moléculas existentes numa botija

contendo 0,75 mol de dióxido de carbono.

b) O volume ocupado por 20 mol de metano, CH4 , nas condições PTN.

c) O número de átomos existentes em 2,4 litros de árgon?

d) O número de moléculas de oxigénio existentes num

balão cheio de ar, com o volume de 5 litros a PTN.

Page 32: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Exercício - 2

Os valores das massas molares dos elementos podem ser

consultadas numa tabela que está no final do livro (são

numericamente iguais às massas atómicas relativas).

a) Calcule a massa molar de CO2 , N2 e C2H6O.

b) Calcule a massa de N2 que é necessário medir para obter

0,45 moles desta substância.

c) Durante um ano, em média, são enviadas para a

atmosfera cerca de 100 milhões de toneladas de dióxido

de carbono. Calcule o número de moléculas de dióxido

de carbono a que corresponde essa emissão anual no

nosso planeta.

Page 33: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Exercício - 3

Um depósito de gás, usado para armazenar etano, tem a

capacidade de 250 litros.

a) Qual é a quantidade de matéria de etano existente

dentro do depósito nas condições PTN? Justifique a

resposta com base na definição de volume molar, Vm.

b) Quantas moléculas de etano existem dentro do

depósito? Justifique a resposta com cálculos.

Page 34: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Exercício - 4

A fórmula molecular da sacarose, principal constituinte do

açúcar, é C12H22O11.

a) Quantos átomos de cada elemento existem na referida

molécula?

b) Calcule a massa molecular relativa, Mr , da sacarose.

Qual é o significado deste número?

c) Qual é a massa molar, M, da sacarose?

Page 35: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Exercício - 5

Uma lata de spray, mesmo depois de esgotada, ainda

contém no seu interior 0,98 g de propano C3H8, nas

condições PTN.

a) Qual é a quantidade de matéria de propano existente

dentro da lata?

b) Calcule o volume da lata, com base no volume molar,

Vm, nas condições PTN.

c) Calcule a massa volúmica do propano nas condições de

PTN.

Page 36: ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e … altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio

Exercício - 6

Uma botija de gás contém as seguintes indicações:

Capacidade – 26,2 L

Propano – 11 kg

Butano – 13 kg

Pressão de ensaio – 2,94 MPa

A pressão de ensaio é a pressão máxima a que a botija foi

sujeita.

a) Indique o valor da pressão de ensaio em unidades SI.

b) Calcule o volume ocupado pelo conteúdo da garrafa nas

condições PTN.