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AULA 01 - GASESQUÍMICA GERAL II – QGE2001

Profa. Marcia Margarete Meier

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CONCEITOS QUE VOCÊ DEVE DOMINAR PARA ACOMPANHAR AS AULAS-Matemática básica-Noções de gráficos-Forças intermoleculares

HABILIDADES QUE VOCÊ IRÁ ADQUIRIR COM ESTE CONTEÚDO

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HABILIDADES QUE VOCÊ IRÁ ADQUIRIR COM ESTE CONTEÚDO- Compreender a Lei dos Gases ideais- Compreender os experimentos realizados por Boyle, Charles, Avogadro e Dalton- Elaborar e Interpretar gráficos- Correlacionar gráficos lineares com a equação dos gases ideais- Aplicar a equação dos gases ideias em situações do cotidiano

As Propriedades dos Gases

O que estas imagens dizem sobre os gases?

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As Propriedades dos Gases

Um gás é um conjunto de moléculas (ou átomos) em movimento permanente e aleatório, com velocidades que aumentam quando a temperatura se eleva.

Um gás pode se transformar em um líquido (liquefação)? Como?O que ocorre a nível molecular?

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Diferentes estados de agregação da matéria.

Estados de agregação da matériaO que causa os diferentes estados de agregação da matéria?

Distância entre as moléculas/átomos

Repulsão e atração entre as

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Repulsão e atração entre asmoléculas/átomos

Equilíbrio de forças

Interação (forças intermoleculares)

Energia potencial de interação

ou conhecido como

Energia potencial de interação

Eatração carga-carga =_____________q1 q2

4 εor12

repulsão

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Lei de Couloumb

repulsão

atração

Revisão:Forças Intermoleculares

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A capacidade de atração/repulsão entre as moléculas (não iônicas) depende do dipolo (permanente ou induzido) gerado por moléculas.

A intensidade do momento de dipolo (µ) depende de dois fatores:

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• Diferença de eletronegatividade entre átomos;

• Geometria das moléculas


Por que O2 dissolve-se em água?

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água?

Polarizabilidade


1)Justifique o aumento da temperatura de ebulição das substâncias químicas abaixo:

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2) Por que Butano (gás de cozinha) pode ser liquefeito?

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Revisão:Forças Intermoleculares3) Coloque as seguintes substâncias em ordem crescente de força intermolecular, justificando.

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Revisão:Forças Intermoleculares4) Considere as bases nitrogenadas citosina, timina, guanina, adenina responsáveis pela interação entre as cadeias do DNA. Diga quais bases nitrogenadas podem e não podem interagir, mostrando como e por que.

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Revisão:Forças Intermoleculares5) Quais informações relevantes você pode extrair do gráfico abaixo?

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Revisão:Forças Intermoleculares6) Por que gelo flutua sobre a água? Uma garrafa de refrigerando congelada pode estourar na geladeira?

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Revisão:Forças Intermoleculares7) Explique a imagem abaixo, qual a correlação com as forças intermoleculares:

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Revisão:Forças Intermoleculares8)A Tabela abaixo traz os valores de solubilidade de alguns gases em água.

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Considerando os valores tabelados, percebe-se que oxigênio apresenta a maior solubilidade em água. Essa característica é de fundamental importância para a sobrevivência de organismos vivos nos rios e lagos. Responda: a) como justificar a solubilidade de uma molécula apolar, como o oxigênio, em água? b) como justificar a diferença de solubilidade em água entre H2, N2 e O2?

Estados Físicos

Como transformar a mesma matéria nos diferentes estados físicos?• Variação de pressão• Variação de volume• Variação de temperatura

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Propriedade dos Gases

• Comportam-se de forma caótica;• Não ocupa lugar definido no espaço, por si só não tem fronteira;• Não tem forma definida, adquirindo a forma do recipiente;• O choque de suas moléculas ou átomos contra a parede do recipiente que

os contém se traduz em uma propriedade denominada PRESSÃO.

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P = Força (N)Área (m2)

N/m2 = Pascal (Pa) pelo SI.J= 1 N.m = 1 kg.m².s-2

1 atm = 101325 Pa = 760 mmHg = 760 Tor


Outra propriedade dos gases é seu volume (V) que eles ocupam quando confinados em um espaço limitado fisicamente.

V é medido em m3 pelo SI

1 m3 = 1000 L

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1 m3 = 1000 L

Tanto a Pressão como o Volume estão relacionados com a Temperatura de um gás (T).

T é expresso em Kelvin (K) pelo SI

1K = oC + 273,15

A quantidade do gás também é uma variável que define o comportamento de um gás e é medida em número de mols (n).


• O comportamento de um gás é definido por quatro variáveis:

P V T n

Mas, as forças intermoleculares não afetam o comportamento dos gases?

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Descreve o Estado do Gás Equação de Estado!

Lei dos Gases Ideais

• Os estudos iniciais dos gases desconsideravam as forças intermoleculares.

• Diz-se que nesta situação o comportamento do gás é IDEAL ou PERFEITO.

• Na verdade o gás ideal é apenas um modelo (uma idealização) que parte do pressuposto que as interações entre as moléculas são nulas!

Então um gás não pode ser

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pressuposto que as interações entre as moléculas são nulas!

• Por definição, o modelo de gás ideal parte dos seguintes princípios:1) O gás ideal é composto por partículas tão minúsculas comparadas ao

volume do gás, que podem ser consideradas como pontos no espaço com volume zero;

2) Não há interações, atrativas ou repulsivas, entre as partículas do gás.

• Em qual situação se espera ausência de interação entre as moléculas/átomos de um gás?

pode ser liquefeito!?

??


Alguns dos primeiros experimentos de Físico-Química envolveram o estudo de gases num abordagem empírica na compressão dos sistemas químicas.

Abordagem empírica: são realizadas e correlacionadas várias observações experimentais de modo a se obter leis que descrevem e explicam o comportamento da matéria.

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comportamento da matéria.

Por outro lado, sistemas químicos podem ser abordados teoricamente.

Abordagem teórica: é construído um modelo para descrever o comportamento das moléculas do sistema, e esse modelo é usado para descrever uma teoria .


Lei de Boyle, 1661Realizou experimentos com gases mantendo a massa e temperatura constantes.

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Lei de Charles e Gay-Lussac, 1787Realizaram experimentos com gases mantendo a massa e a pressão constantes.

Lei de Avogadro, 1811Realizou experimentos com diferentes gases, mas mantendo o número de mols dos gases constantes.


Lei de Boyle

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Lei de Boyle

1) Vamos elaborar um gráfico de P vs V:

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2) Agora, faça outro gráfico mas de V vs. 1/P.

3) Agora , calcule o coeficiente angular da reta e coeficiente linear.

Veja que o gráfico torna-se linear!


Lei de Boyle P1 x V1 = k

P2 x V2 = kP1 x V1 = P2 x V2

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V2 = kP2


Lei de Boyle

Temperatura constante = Isoterma

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A curva acima é chamada de hipérbole. Ao multiplicar xy = constante


Lei de Boyle

Teoria cinética dos gases quando:

A pressão do gás aumenta quando o volume do recipiente diminui?

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Lembre-se que a pressão do gás nas paredes do recipiente devem-se às colisões das moléculas nas paredes.

• Se o volume do recipiente é reduzido, as moléculas do gás tem uma distância mais curta para deslocar-se antes de colidir com as paredes do recipiente.

• Isto significa que elas colidirão com as paredes mais frequentemente.

• O aumento da frequência de colisões com as paredes causa o aumento da pressão.

http://www.physchem.co.za/OB11-mat/kinetic4.htmhttps://phet.colorado.edu/en/simulation/gas-properties


Lei de Charles ou Gay-Lussac

1) Elabore um gráfico T vs. V (a pressão e massa constante), lembrando de deixar espaço para escala negativa do eixo x.

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2) Extrapole a linha do gráfico para V = 0. Qual será o valor da temperatura?



Pressão constante = Isobárico

Volume constante= Isométrica

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Qual explicação molecular para P = 0, quando T = 0?



Teoria cinética dos gases quando:

O volume do gás aumenta quando a temperatura se eleva à pressão constante?

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O volume do gás aumenta quando a temperatura se eleva à pressão constante?

• O aumento da T causa um aumento na velocidade das moléculas;• Isso resulta numa maior força exercida pelas moléculas nas paredes do recipiente;• Para manter a força (consequentemente a pressão) constantes, o número de colisões de moléculas/área deve diminuir.• A única maneira de fazer isso é aumentando a distância percorrida pelas moléculas, ou seja, aumentando o volume do recipiente que contém as moléculas.


Lei de Avogadro: permite calcular o volume molar

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T1

T2

T2 > T1

Sistema Isotérmico e Isóbaro


Lei de Clayperon: Uniu os resultados experimentais de Boyle, Charles, Gay-Lussac e Avogadro.

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L

atm


Lei de Clayperon: Uniu os resultados experimentais de Boyle, Charles, Gay-Lussac e Avogadro.

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R = constante dos gases ideais, P tendendo a zero8,314 JK-1mol-1

0,08205 L atm K-1mol-1

Esta equação é uma equação de estado dos gases ideais (descreve as propriedades de um gás) quando a pressão tende a zero. Pois nesta condição as forças intermoleculares podem ser desconsideradas.

Lei dos Gases IdeaisComo converter unidades....

Suponha que você necessite converter a constante universal dos gases, R de

8,314 J K-1mol-1 para a unidade em ?? cal K-1mol-1

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?? cal K-1mol-1

1 cal = 4,184 JEntão,1cal/4,184 = J

8,314 J K-1 mol-1

8,314 cal/4,184 K-1 mol-1

8,314/4,184 cal K-1 mol-1

1,987 cal K-1 mol-1

Lei dos Gases IdeaisComo converter unidades....

Suponha que você necessite converter a constante universal dos gases, R de

0,082057 atm L K-1mol-1 para a unidade em ?? J K-1mol-1

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?? J K-1mol-1

0,08205 atm L K-1mol-1

atm = 101325 Pa

0,08205x101325 Pa L K-1mol-1

J = N.mPa = N/m2 ou N = Pa.m2

J = Pa. m2.m = Pa. m3 = Pa. 1000L

Se, J = Pa. 1000LEntão, J/1000 = Pa. L

0,08205x101325 J K-1mol-1

1000

8,314 J K-1mol-1

1) Qual será o volume molar de um gás ideal nas Condições Ambientes de Temperatura e Pressão (CNATP), quando T = 25oC.

2)Uma das aplicações da teoria dos gases ideais na prática farmacêutica é dodoseamento gasométrico de substâncias que, quando decompostas em meioácido, liberam gás.Qual é o grau de pureza de uma amostra de 2,0 g de bicarbonato de sódio(NaHCO3) sabendo-se que a mesma, quando em contato com HCl, libera 0,480L de CO2, medido a 273 K e 1 atm? Considere que CO2 tenha comportamentode gás ideal nestas condições.V teórico = 0,533 L Pureza = 0,480 L/0,533x100 = 90,06%

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V teórico = 0,533 L Pureza = 0,480 L/0,533x100 = 90,06%

3)Uma amostra de 1 mol de gás ideal, inicialmente a 25oC e 1 atm de pressão éaquecida isobaricamente até que seu volume duplique.Após esta expansão, a amostra é resfriada isometricamente até a suatemperatura inicial.Depois dessa etapa, a amostra sofre compressão isotérmica até 1 atm.Calcule a pressão, o volume e a temperatura de cada estado intermediáriopelo qual passa o gás e esboce as transformações em um diagrama P vs. V.

Lei Combinada dos gases

Ao combinar a Lei de Boyle e Lei de Charles, obtem-se a Lei combinada dos Gases:

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Para uma quantidade constante de gás, n

40 Exercício:

Suponha que um balão preenchido com gás hélio seja lançado para aatmosfera quando a temperatura for 22,5 oC e a pressão for 754 mmHg. Se ovolume do balão for 4,19 x 103L ( e não há escape de hélio do balão), qual será ovolume do balão a uma altitude de 20 milhas, onde a pressão é 76,0 mmHg e atemperatura é de -33 oC?

Condição Inicial Condições Finais

V = 4,19 x 103L V = ??V1 = 4,19 x 103L V1 = ??

P1 = 754 mmHg P1 = 76,0 mmHg

T1 = 22,5 oC (295,7 K) T1 = -33,0 oC (240,2 K)

Resposta: 3,38 x 104 L

Outras possibilidades...41,

Para uma quantidade constante de gás, n

Quando V e n são Quando V e n são constantes

Quando T e n são constantes

Quando P e n são constantes

Lei de Dalton – Mistura de GasesSuponha três gases diferentes confinados em cilindros:

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O que ocorrerá ao misturarmos os três gases?

Parte-se do princípio dos gases ideais, não há interação entre os gases. Portanto, cada gás irá se comportar de forma independente ao outro.Desta maneira, cada gás se comporta como se estivesse ocupando todo o recipiente sozinho, mas as paredes do recipiente sentirão o choque de todas as moléculas misturadas, portanto a pressão será modificada ao misturar os gases.

PT = P1 + P2 + P3

Lei de Dalton – Mistura de Gases

PT = P1 + P2 + P3 +..... Σ Pi

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P1 = x1PTPressão parcial do gás 1

Qual a diferença entre fração mássica e fração molar??

P1 = x1PTPressão parcial do gás 1

Fração molar do gás 1

Pressão total de todos os gases misturados

Porcentagem podenral!

4) A percentagem poderal (isto é, em massa) do ar seco, ao nível do mar, é aproximadamente 75,5% de N2, 23,2 % de O2 e 1,3% de outros gases, cuja massa molar média é 39,95 g/mol.Qual é a pressão parcial de cada componente quando a pressão total é igual a 1,00 atm?

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RESUMINDO.... GASES IDEAIS45

Colunas de mercúrio para medir pressão

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Historicamente, as pressões eram medidas pela determinação da altura de uma coluna de mercúrio em equilíbrio com a pressão atmosférica.

Quanto mais alta a pressão atmosférica, mais longa a coluna de mercúrio que pode ser sustentada no tubo.sustentada no tubo.

P = hρρρρg ρρρρ=densidade

47Colunas de mercúrio para medir pressão

Exemplo: Próximo da temperatura ambiente, a densidade (massa específica) do mercúrio é 13,6 g.cm-3 e a da água é 1,0 g.cm-3. Calcule a altura de uma coluna de cada líquido que suportaria uma pressão de 1 atm e sugira por que o mercúrio é utilizado em barômetros em lugar da água.

Lei dos Gases e Densidade48

d = P.Mwd = P.Mw

RT

Exercício:Calcule a densidade do CO2 nas CNTP. O CO2 é mais ou menos denso do que o ar (1,2 g/L)?


Como o dióxido de carbono do extintor de incêndio é mais denso que o ar ele se acumula sobre o fogo abafando-o. Quando o gás CO2 é liberado do tanque, ele se expande e se resfria tanque, ele se expande e se resfria consideravelmente. A nuvem consiste de CO2 sólido e umidade do ar condensada.


O ar seco, que tem massa molar média de 29 g/mol, tem densidade de aproximadamente 1,2 g/L a 1 atme 25oC.

Os gases ou vapores com massas molares maiores que 29 g/mol apresentam densidades maiores do que 1,2 g/L nas mesmas condições de T e P.

Gases como CO2, SO2 e vapor da gasolina descem ao nível do solo se liberados na atmosfera.

Gases como H2, He, CO, CH4 sobem se liberados na atmosfera.

Lago Nyos, Camarões. Liberação de CO2 causou a morte de 1700 pessoas em 1986.

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