QUÍMICA

3ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO

PROFESSORA LÚCIA

ESTUDO DOS GASES

TEORIA CINÉTICA DOS GASES

A teoria Cinética dos gases foi sintetizada com o intuito de explicar as propriedades e o comportamento interno dos gases.

A compreensão dessa teoria é fundamental para o entendimento da pressão que os gases exercem em outros corpos e em muito mais estudos sobre os gases.

Os físicos Boltzmann e Maxwell foram os principais responsáveis pela teoria cinética dos gases

A TEORIA CINÉTICA DOS GASES DIZ QUE:

- Todo gás é composto de inúmeras moléculas que se movimentam de forma desordenada e com uma alta velocidade. Essa movimentação é chamada agitação térmica. O grau dessa agitação serve para identificar a temperatura dos gases.

- As moléculas dos gases têm um tamanho desprezível em relação às distâncias entre elas, o que faz com que o volume ocupado pelas moléculas de um gás seja praticamente desprezível.

-

• O gás ocupa todo o espaço do lugar onde está contido, devido às moléculas dele se movimentarem em todas as direções.

•O fato do movimento das moléculas dos gases serem perpétuo, é que, o choque delas contra si mesmas e contra as paredes do recipiente onde o gás está contido, é perfeitamente elástico, o que faz com que as moléculas não percam energia cinética nem quantidade de movimento.

• As moléculas de um gás só interagem entre si quando elas colidem fora as colisões elas apresentam movimento retilíneo uniforme (MRU).Vale lembrar que a capacidade que os gases têm de se expandir facilmente e a da grande dilatação térmica, vêm do fato de suas moléculas terem tamanho praticamente desprezível.

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

EQUAÇÃO DE ESTADO DOS GASES IDEAIS

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁSPara caracterizarmos a situação e as condições de uma amostra de gás,devemos conhecer quatro características:

Pressão exercicda pelo gás (p)

Temperatura à qual o gás está submetido(T)

Volume(V) ocupado

Nùmero de mols do gás (n),isto é, a quantidade de gás existente.

LEI DE BOYLE SOBRE A TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

 VOLUME X PRESSÃO: A LEI DE BOYLE

Robert Boyle (1627-1691)

De modo independente, o físico e naturalista inglês Robert Boyle (1627-1691) e o físico francês Edme Mariotte (1620-1684) realizaram experimentos de variação da pressão e do volume dos gases com a temperatura constante.Esse tipo de transformação é denominado isotérmica, pois, do grego, iso significa “igual” ethermo significa “calor”, ou seja, “calor igual

Eles observaram uma relação entre pressão e volume que foi quantificada e notaram que essa relação se repetia para todos os gases. Por isso, criou-se a Lei de Boyle, também conhecida como Lei de Boyle-Mariotte que diz o seguinte:

“Em um sistema fechado em que a temperatura é mantida constante, verifica-se que determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional a sua pressão.”

Quando duas grandezas como essas são inversamente proporcionais, o seu produto é uma constante; desse modo, matematicamente, essa relação pode ser representada assim: P.V = kEntão: P1 . V1 = P2 . V2

A FIGURA ACIMA ILUSTRA UM EXPERIMENTO ONDE O VOLUME DE UM GÁS FOI MEDIDO ISOTERMICAMENTE (A TEMPERATURA CONSTANTE) EM FUNÇÃO DA PRESSÃO. O CONJUNTO DE TODOS OS PONTOS EXPERIMENTAIS (APENAS DOIS ESTÃO ILUSTRADOS) DÁ UMA CURVA QUE INDICA UM DECRÉSCIMO EXPONENCIAL DA PRESSÃO COM O AUMENTO DO VOLUME. VEREMOS, ADIANTE, QUAL É A EXPRESSÃO PARA ESTA CURVA. POR HORA, BASTA SABERMOS QUE ESTA CURVA É CONHECIDA COMO ISOTERMA DE BOYLE PARA O GÁS IDEAL

Lei de Boyle na Respiração:

Na respiração, a lei de Boyle pode ser observada. Na etapa da inalação, o diafragma se expande deixando o volume do pulmão maior. Como o produto pV deve ser constante, a pressão interna do pulmão diminui com este aumento de volume. Como a pressão atmosférica é maior, ar entra no pulmão até equalizar as pressões. O processo inverso ocorre na exalação

Na sucção, usamos o diafragma para aumentar o volume do pulmão e diminuir sua pressão interna. Só que, agora, usamos esta diferença de pressão com a pressão externa para sugar alguma coisa, tal como o refrigerante com um canudo.

VOLUME X TEMPERATURA: A LEI DE CHARLES

Gay-Lussac estudou a variação da temperatura em relação ao volume de um gás com a pressão constante e criou a lei que leva seu nome.

Esse fenômeno foi estudado em 1802, pelo cientista francês Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850). Ele realizava experimentos como o mostrado abaixo, em que há em um recipiente um determinado gás, que, então, tem sua temperatura elevada, ou seja, o sistema recebe calor. Com isso, a energia cinética das partículas aumentará, isso significa que quanto maior a temperatura, maior será a velocidade das moléculas desse gás e vice-versa. A pressão se manteve constante, mas, com o aumento da velocidade das partículas, o volume ocupado por esse gás tende a aumentar.

O VOLUME DE UM GÁS É DIRETAMENTE PROPORCIONAL À TEMPERATURA, DESDE QUE A PRESSÃO DO GÁS SEJA CONSTANTE.

Lei de Charles – Transformação Isobárica

 Daí o significado do termo “isobárica”, que é uma palavra que vem do grego: iso = igual; e baros = pressão; ou seja, a pressão permanece igual, não varia.

Assim, temos:

A Figura abaixo ilustra um experimento onde o volume de um gás foi medido em função da temperatura, em 3 pressões

diferentes (A, B e C). Cada coleção de pontos forma uma reta, que são chamadas de curvas isobáricas de Charles para o gás ideal.

PRESSÃO X TEMPERATURA – LEI DE CHARLES E GAY-LUSSAC

Uma transformação isocórica, também denominada transformação isovolumétrica, ou

ainda isométrica, ocorre quando se mantém o volume constante e se variam a temperatura e a pressão de um gás com massa fixa.O termo isocórica vem do grego:

iso significa igual, e coros é volume; isto é, volume igual ou volume constante.

Dois cientistas franceses, Jacques Alexandre César Charles e Joseph Louis Gay-Lussac, estudaram como diversos gases se comportam quando a pressão e a temperatura variam. Ambos chegaram à mesma conclusão, assim, criou-se a seguinte lei

Lei de Charles ou Lei de Charles e Gay-Lussac: para uma massa fixa de gás, mantida à volume constante, a pressão exercida pelo gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

ISSO PODE SER VISTO NOS PNEUS DE CARROS, MOTOS E CAMINHÕES. COM UM AUMENTO DE SUA TEMPERATURA, A PRESSÃO DENTRO DOS PNEUS AUMENTA. POR ISSO É NECESSÁRIO CALIBRAR CONSTANTEMENTE OS PNEUS, OU SEJA, REGULAR OS NÍVEIS DA PRESSÃO PROVOCADA PELOS GASES QUE OS ENCHEM. ISSO GARANTE SEU MELHOR DESEMPENHO E TAMBÉM A SEGURANÇA DOS PASSAGEIROS.EM UMA CORRIDA, A VOLTA DE APRESENTAÇÃO DOS CARROS NÃO ACONTECE SOMENTE PARA MOSTRAR OS COMPETIDORES E AS SUAS “MÁQUINAS”, MAS PARA AQUECER OS PNEUS, ASSIM AS MOLÉCULAS DOS GASES ATINGEM UMA TEMPERATURA CERTA PARA DAR A PRESSÃO IDEAL PARA A CORRIDA

É necessário que a calibragem dos pneus seja feita a frio, pois a pressão do ar dentro deles pode aumentar ou diminuir de acordo com a temperatura

Matematicamente, a Lei de Charles e Gay-Lussac é expressa por:

Logo, conclui-se que:

Seu gráfico é uma reta. No caso abaixo temos a comparação de três transformações isocóricas, sendo que cada uma foi com um volume diferente:

Um gás pode passar por três tipos de variáveis de estado: quanto ao seu volume, quanto à temperatura e quanto à pressão. Essas alterações são conhecidas como transformação isobárica, isovolumétrica e isotérmica. A partir dessas três transformações gasosas é que se chegou à equação:

Um gás pode passar por três tipos de variáveis de estado: quanto ao seu volume, quanto à temperatura e quanto à

pressão. Essas alterações são conhecidas como transformação isobárica, isovolumétrica e isotérmica. A partir dessas três

transformações gasosas é que se chegou à equação

Paul Emile ClapeyronA Lei Geral dos Gases é válida para um gás, cuja massa é constante.O Físico francês Clapeyron estudou o comportamento de massas diferentes e gases diferentes. Ele concluiu que a constante da Lei Geral era proporcional ao número de moléculas do gás.

n.RT

P.V

Onde n é o número de mols de moléculas e R é uma constante válida para todos os gases. Por isso, R é denominada Constante Universal dos Gases.

FÍSICA - 2º ano do Ensino MédioLei Geral dos Gases

Imagem: Benoît Paul Émile Clapeyron por AAAAA / Public Domain.

EQUAÇÃO DE CLAPEYRON

n.R.TP.V

ATENÇÃO: As equações para estudo dos gases são válidas apenas para temperaturas absolutas. Portanto, você deve trabalhar sempre com temperaturas na escala Kelvin

A DENSIDADE DE UM GÁS PODE FAZER PARTE DA EQUAÇÃO DE ESTADO

Os balões sobem porque com o aumento da temperatura do ar sua densidade diminui

MISTURAS GASOSAS

 Muitos sistemas gasosos são misturas de gases, como, por exemplo, o ar que respiramos. Toda mistura de gases é sempre um sistema homogêneo, ou seja, possui só uma fase; comporta-se como se fossem constituída por um único gás.

PRESSÃO PARCIAL DE UM GÁS Pressão Parcial de um Gás em uma mistura gasosa é a pressão que o

gás exerceria se estivesse sozinho (nas condições de volume e temperatura da mistura) no recipiente.

É dada pela expressão:

A pressão parcial de um gás em uma mistura gasosa é proporcional ao seu número de mols

É pertinente saber que a soma de todas as frações molares dos respectivos gases que se encontrarem na mistura deve ser igual à 1 (Um). Por exemplo:

PRESSÃO TOTAL DA MISTURA- LEI DE DALTON

Pt = PA + PB + PC + ........

VOLUME PARCIAL-LEI DE AMAGAT

Tendo um conceito bem semelhante ao da Pressão Parcial de um Gás, o Volume Parcial de um Gás é o volume que um gás, inserido numa mistura, ocuparia caso estivesse sozinho no recipiente.

VT = VA + VB + VC + ..................

nA pA vA

= =

n p v

LEI VOLUMÉTRICA DE GAY -LUSSAC

1 : 1 : 2

A lei de Gay-Lussac diz respeito à reação dos gases entre si, e os volumes são medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura, existe também, uma razão de números inteiros, geralmente pequenos, existentes entre os volumes dos gases reagentes e os produtos de reação.

2 : 1 : 2

LEI DE AVOGADROAmedeo Avogadro propôs, em 1811, uma lei relacionada ao volume molar de gases

Volumes iguais, de quaisquer gases, nas mesmas condições de pressão e temperatura, apresentam a mesma quantidade de substâncias em mol (moléculas). 

DENSIDADE RELATIVA DE DOIS GASES

A densidade relativa entre dois gases é dada pela simples relação entre as suas densidades absolutas, medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura.

DENSIDADE DOS GASESNas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), em que a pressão é igual a 1 atm e a temperatura é a temperatura absoluta, igual a 273 K, podemos calcular a densidade absoluta:

d =  PM        RT

d =  ___1 . M___     0,082 . 273

DIFUSÃO E EFUSÃO GASOSAS

Difusão dos gases    Os gases apresentam grande difusibilidade, isto é, dois ou mais gases colocados em presença uns dos outros difundem entre si, dando depois de pouco tempo uma mistura perfeitamente homogênea ou um sistema monofásico. Essa propriedade é explicada pelo fato de as moléculas do gás estarem em movimento contínuo espalhando-se no ambiente. Difusão é a propriedade de duas ou mais substâncias se misturarem espontaneamente, dando soluções (misturas homogênenas), quando colocadas em presença umas das outras

Efusão dos gases    As moléculas dos gases, por serem muito pequenas e por movimentarem-se constantemente, escapam com facilidade por pequenos orifícios, esse fenômeno é chamado efusão

LEI DE GRAHAMO químico escocês Thomas Graham, em 1829, estudou esse comportamento dos gases. Ele concluiu que a velocidade em que um gás se difundia ou efundia em outro está relacionada com a sua densidade. Como os seus dados experimentais se repetiam para todos os gases, ele criou a seguinte lei que leva seu nome:

Lei de Graham: a velocidade de difusão ou efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade.

Assim, gases com menor densidade difundem-se mais rapidamente. Se estiver na mesma condição de temperatura e pressão, pode-se também fazer uma relação disso com a massa molar do gás: quanto maior a densidade do gás, maior será a sua massa molar e menor a sua velocidade de difusão; e vice-versa. Desse modo, temos: