1. A Importância do Estudo dos Gases
Na prática, entender processos que envolvem gases, tais
como:
a respiração, a
fotossíntese;
a combustão
do gás natural
(queima na
presença de
oxigênio)
As reações químicas
envolvidas na digestão
2. A Importância do Estudo dos Gases
Do ponto de vista teórico, o estudo dos gases ajudou
na compreensão das reações químicas:
Lei da Conservação da
Massa – Lavoisier
(1743-1794)
Lei das Proporções
Definidas – Proust
(1754-1826)
Lei das
Proporções
Volumétricas
– Gay-Lussac
(1778-1850)
Hipótese de
Avogadro
(1776-1856)
3. Propriedades dos Gases
Os gases possuem massa
Os gases
ocupam
todo o
volume do
recipiente
O volume
dos gases
varia
muito com
a pressão
O volume
dos gases
varia muito
com a
temperatura
4. Variáveis de Estado dos Gases
Para definir o “estado” de um gás é preciso saber sua
quantidade de matéria, volume, pressão e
temperatura :
volume: é o próprio volume do recipiente (L, mL, cm3, m3,
etc).
1 m3 = 1000 L 1L =1000cm3 1cm3=ml 1L= 1 dm3
pressão: resulta do choque das partículas do gás com as
paredes do recipiente.
Unidades de pressão:
SI: 1 N/m2 = 1 Pa.
atm: corresponde à pressão atmosférica ao
nível do mar 1 atm = 10000 Pa.
mmHg unidade originada do experimento
de Torricelli:
5. Relembrando .......
O que é Temperatura
É a medida do grau médio de agitação das partículas que
constituem o corpo, seja ele sólido, líquido ou gasoso.
Quando um corpo é aquecido aumentamos a
energia cinética das partículas que constituem o
corpo fazendo com que ocorra um maior número de
colisões entre as partículas o que resulta em um
aumento de temperatura do corpo.
No estudo dos Gases utilizamos a escala Kelvin.
6. O que é, o que é
Pressão – são as colisões que as partículas
constituintes do gás efetuam contra as paredes do
recipiente que o contém
As unidades mais utilizadas para a medida de pressão são
a atmosfera (atm), o milímetro de mercúrio (mmHg), O
pascal (Pa) entre outros. A pressão de 760 mmHg ou 1
atm é denominada pressão normal.
7. O que é, o que é
Volume – É a quantidade de espaço ocupado, ou que
pode ser ocupado (recipiente), por um corpo.
O gás ocupa o volume total do recipiente.
8. Variáveis de Estado dos Gases
temperatura: mede o grau de agitação
das partículas do gás; quanto maior a
temperatura, maior a velocidade dessas
partículas (°C, °F, K).
Escala Kelvin: escala absoluta de temperatura:
zero K (-273ºC) é a menor temperatura que
pode ser atingida;
não há movimento dos átomos e moléculas;
T(K) = T(°C) + 273
Conhecendo-se, então, os valores de T, P e
V de um gás, define-se o “estado do gás”.
William Thomson –
Lorde Kelvin (1824-
1907)
9. Variáveis de Estado dos Gases
Quantidade de matéria: é uma
representação da quantidade de
partículas existentes no sistema.
A unidade de quantidade de matéria
é o mol.
Mol: é a quantidade de matéria
existentes em um sistema que tem
tantas partículas elementares
quantos são os átomos contidos
em 12g de Carbono 12.
10. Gás ideal
Os gases apresentam movimento contínuo e
desordenado.
A direção e o sentido das partículas somente são
modificados quando elas colidem umas com as
outras
As colisões são perfeitamente elásticas, ou seja,
não há perda de energia cinética durante as
colisões.
Se um gás apresenta essas características é
chamado de gás ideal.
11. O gás ideal não existe na Natureza, no entanto,
podemos fazer com que um gás real comporte-se de
modo semelhante a um gás ideal. Devemos elevar
sua temperatura e baixar sua pressão.
Quando isso ocorre, o gás é denominado Gás perfeito
Então onde encontramos esses tais
gases ideais?
12. Transformação Isotérmica
São as transformações que ocorrem com variação na pressão e no volume, mas
com temperatura constante.
“Sob temperatura constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é
inversamente proporcional a sua pressão”
P1.V1 = P2.V2
Onde:
V = volume P = pressão
14. Transformação Isobárica
Variação do volume com a temperatura, a pressão constante
(Lei de Gay-Lussac).
Joseph Louis
Gay-Lussac
(1778-1850)
V T V/T = cte,
V1/T1 = V2/T2
15. Transformação Isobárica
São as transformações que ocorrem com a variação de temperatura e de
volume, mas a pressão é constante.
“Sob pressão constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é
diretamente proporcional a sua temperatura absoluta”
V1/T1 = V2/T2
16. Exemplo de Transformação Isobárica
Em um recipiente fechado, certa massa de gás ideal ocupa um volume de 12 litros a 293k.
Se este gás for aquecido até 302k, sob pressão constante, qual será o seu volume?
Dados:
No estado inicial (1), o gás tem:
V1 = 12 L
T1 = 293 k
Depois de aquecido, estado 2:
T1 = 302 k
V2 = ?
O enunciado da questão dá uma informação muito importante, ele fala que o gás foi
aquecido sob pressão constante, logo, trata-se de uma transformação isobárica e,
dessa forma, para resolvermos o problema, basta aplicarmos a lei de Gay – Lussac:
17. Transformação Isocórica ou Isométrica
Variação da pressão com a temperatura, a volume constante
(Lei de Charles).
Jaques
Alexandre
César Charles
(1746-1823)
P T P/T = cte,
P1/T1 = P2/T2
18. Transformação Isocórica ou
Isovoluntaria
São as transformações que ocorrem com a variação de temperatura e de
pressão, mas com o volume mantido constante.
“Sob volume constante, a pressão ocupado por determinada massa gasosa é
diretamente proporcional a sua temperatura absoluta”
P1/T1 = P2/T2
19. Exemplo de Transformação Isocórica
(FUVEST – SP) Um recipiente indeformável, hermeticamente fechado, contém 10 litros
de um gás perfeito a 30 ºC, suportando a pressão de 2 atmosferas. A temperatura do gás é
aumentada até atingir 60º C. Calcule a pressão final do gás.
Resolução:
Considerando-se que o volume do gás é constante, temos que a transformação é isocórica.
Assim,
Substituindo os valores fornecidos pelo problema na equação da transformação isocórica,
temos:
20. Representação gráfica das transformações
gasosas
As representações gráficas das transformações
gasosas ajudam a visualizar o comportamento dos
gases em diferentes situações. Vamos analisar os
gráficos de cada uma das transformações a seguir.
21. Representação gráfica das transformações
isotérmicas
A representação gráfica da transformação isotérmica é uma hipérbole.
Quanto maior o produto p.V dessa transformação, mais afastada essa
hipérbole ficará dos eixos do gráfico. O nome dado a essa curva
representada no gráfico é Isoterma.
22. Representação gráfica das transformações
isobáricas
No gráfico do volume pela temperatura, temos a pressão sendo
representada por uma reta inclinada. Essa reta será decrescente
quando estivermos diminuindo o volume e a temperatura, e será
crescente quando estivermos aumentando o volume e a
temperatura, como podemos ver no gráfico abaixo:
23. Representação gráfica das transformações
isocórica
Observe que a pressão acompanha o aumento da temperatura
de forma que a relação P/T permanece constante, isso quer dizer
que pressão e temperatura são grandezas diretamente
proporcionais. Portanto, o gráfico que descreve transformações
isocóricas é do tipo linear.
24. EQUAÇÃO GERAL DOS GASES
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:
Essa é conhecida como a equação geral dos gases, que aborda as três
variáveis de estado (P, V e T).
A equação geral nos permite calcular, por exemplo, o volume de um gás
que passou por alterações de temperatura e pressão.
25. Ex: Mediu-se a temperatura de 20 L de gás hidrogênio (H2) e o
valor encontrado foi de 27 ºC a 700 mmHg. Qual o novo volume
desse gás, a 87 ºC e 600 mmHg de pressão?
É importante lembrar que a temperatura deve ser dada obrigatoriamente em kelvin:
Exemplo sobre equação geral dos gases
26. Equação de Clapeyron
A lei física dos gases, P.V/T = cte, é valida
para uma massa fixa de gás. E quando ocorre
variação da massa, como achar os valores de
P, V e T?
EQUAÇÃO DE CLAPEYRON
P. V = n .R .T
n = número de mols de gás; n = m/M
R = constante geral dos gases proposta por Clapeyron e
depende da unidade da pressão utilizada (em atm,
vale 0,082; em mmHg, vale 62,3; em KPa, vale 8,31);
Benoit
Pierre Émile
Clapeyron
(1799-1864)
27. Exemplo sobre equação de Clapeyron
1º Exemplo: (Uefs-BA) Um recipiente de 24,6 L
contém 1,0 mol de nitrogênio exercendo a pressão de
1,5 atm. Nessas condições, qual a temperatura do gás
na escala Kelvin ?
28. Exemplo sobre equação de Clapeyron
2º Exemplo: (Unimep-SP) A 25 ºC e a 1 atm, dissolvem-se 0,7 litros de
gás carbônico em um litro de água destilada. Essa quantidade de CO2
corresponde a:(Dados: R = 0,082 atm.l/mol.k; Massas atômicas: C =
12; 0 = 16).