capítulo 1: estudo dos gases

FÍSICA

X SAIR

Capítulo 1:Estudo dos gases

Capítulo 2:Equação de um gás ideal

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Capítulo 1

Estudo dos gases

MA

RT

IN

F.

CH

ILLM

AID

/S

CIE

NC

E

PH

OTO

LIB

RA

RY

/LA

TIN

ST

OC

K

X SAIR

O estado gasoso

1 Estudo dos gases

CO

RE

L/

CID

JO

SÉ

GIL/

SH

UT

TE

RS

TO

CK

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Estados físicos da matéria

1 Estudo dos gases

Sublimação(sólido emgás ou gásem sólido)

GásEvaporação

(líquido em gás)

Condensação(gás em líquido)

LíquidoSólido

Congelamento(líquido em sólido)

Fusão (sólidoou vidro em líquido)

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O estado gasoso

Gás: Pode ser visto como um conjunto demoléculas ou átomos em movimento permanentee aleatório, com velocidades que aumentamquando a temperatura se eleva.

- não apresentam volume ou forma definidos

- apresentam baixa densidade

- todos apresentam respostas semelhantes aoefeito de temperatura e pressão

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O estado gasoso

As variáveis de estado:

volume que ocupa ( V )

quantidade de matéria envolvida (n – número demoles)

pressão ( p )

temperatura ( T )

Equação de estado:

Exemplo de equação de estado:

( )nVTfp ,,=

V

nRTp =

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O estado gasoso: Variáveis de Estado

Um gás é caracterizado por três grandezas:

•Temperatura: estado de agitação das moléculas;

•Volume: espaço ocupado pelo corpo;

•Pressão: Relação entre Força e Área de contato.

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O estado gasoso

Pressão (p)

Volume (V)

Temperatura (T)

A transformação gasosa ocorre quando pelo menos

uma das variáveis de estado se modifica.

Variáveis de estado

1 Estudo dos gases

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Pressão

Dois blocos de mesmamassa. Os dois blocosexercem a mesma Forçamas em áreas diferentes.

A pressão em um gásconfinado é o resultado doimpacto das partículas coma fronteira ( parede) que ocontem.

Os conceitos associados a pressão atmosférica esua variação com a altitude

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PRESSÃO

Definição: A pressão é dada pelo quociente entre a forçaexercida por área de atuação. A unidade no SI de pressão éo Pascal (Pa) – newton por metro quadrado

Unidades Símbolo Valor

Pascal 1 Pa 1Nm-2, 1Kgm-1s-2

Bar 1 bar 105 Pa

Atmosfera 1 atm 101325 Pa

Torr 1 torr 101325/760 Pa

Milimetro de mercúrio1mmHg 133,322 Pa

Libra por polegada2 1 psi 6,894747 kPa

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Variáveis de estado de um gás

Volume: é igual ao volume do recipiente que o contém.

1m3 = 1000dm3 = 1000L

1dm3 = 1L = 1000cm3 = 1000mL

Pressão: quanto maior a altitude menor a pressão . A nível do mar :

1atm =760mmHg = 760 torr

Temperatura: nos interessam as escalas Celsius e Kelvin

T(K) = TC + 273

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Medida da pressão

Barômetro: Foi inventado no século 17 por umitaliano – Evangelista Torricelli

Descrição: Consiste em um tubo devidro vertical, fechado em umaextremidade, imerso com aextremidade aberta em um recipientecontendo um líquido.Funcionamento: o líquido atingeuma altura no tubo em que o peso dacoluna de líquido é igual à pressãoexercida (atmosférica)Equilíbrio Mecânico. Se o liquido foro mercúrio a coluna deve subir 760mm, que corresponde a pressãoatmosférica padrão.

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Medida da pressão

Manômetro: Modificação de um barômetro para medirpressões de um gás contido em um recipiente

Descrição: Consiste em um tubode vidro em U, parcialmentepreenchido com mercúrio, comuma extremidade conectada norecipiente e a outra podendo estarfechada ou aberta.Funcionamento: Mesmoprincípio de funcionamento dobarômetro, sendo que o equilíbrioé atingido no balanço do peso dacoluna de mercúrio com a pressãodo recipiente e a pressão naextremidade oposta

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GÁS IDEAL OU PERFEITO

MODELO DO GAS IDEAL

I – O gás ideal é constituído de um número muito elevado demoléculas que tem dimensões desprezíveis quando comparadoentre os espaços vazios entre elas.

II – As moléculas de um gás estão sempre em constantemovimento em todas as direções.

III- As moléculas de um gás se chocam entre si e com as paredesdo recipiente que as contem. As forças de interação entre elassão de curto alcance, ocorrendo somente entre as colisões.

IV- Os choques que ocorrem entre as próprias moléculas e entreelas e as paredes do recipiente são perfeitamente elásticas ede duração desprezível.

V – As moléculas são consideradas como pequenas esferas(pontos) em sua forma, pois se pretende analisar somente omovimento de translação e a energia associada a ele,desprezando-se os movimentos de rotação e as energiasassociadas a ele.

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Gases reais vs gases ideais

▪ Em um gás real, as moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas.

▪ Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam.

1 Estudo dos gases

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Transformações gasosas

▪ Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece

constante.

▪ Isobáricas: a pressão é mantida constante.

▪ Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o

volume permanece constante.

1 Estudo dos gases

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Transformação isotérmica

Lei de Boyle: a pressão exercida por um gás ideal é

inversamente proporcional ao seu volume.

p V = constante

Considerando o estado inicial A e

final B de um gás ideal sofrendo

uma transformação isotérmica,

temos:

pA VA = pB

VB

1 Estudo dos gases

DO

RLIN

G K

IN

DE

RS

LE

Y/

GE

TT

Y I

MA

GE

S

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1 Estudo dos gases

3p

3V

p

TT

V

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Isotermas

1 Estudo dos gases

p

T3

T2

T1

V

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Transformação isobárica

Experimento de Joseph-Louis

Gay-Lussac para transformações

a pressão constante

1 Estudo dos gases

DO

RLIN

G K

IN

DE

RS

LE

Y/

GE

TT

Y I

MA

GE

S

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Transformação isobárica

Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume ocupado por um

gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta

(em kelvins).

V = k T

(k = constante)

Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal

sofrendo uma transformação isobárica, temos:

1 Estudo dos gases

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Dilatação dos gases

Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o

mesmo coeficiente de dilatação volumétrica.

1 Estudo dos gases

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Transformação isovolumétrica

1 Estudo dos gases

Tubo de vidro

Manômetro

DO

RLIN

G K

IN

DE

RS

LE

Y

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Transformação isovolumétrica

Lei de Charles para transformações a volume

constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a

sua temperatura absoluta (em kelvins):

p = k T

(k = constante)

Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal

sofrendo uma transformação isobárica, temos:

1 Estudo dos gases

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Capítulo 2

Equação de um gás ideal

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Alteração simultânea das três variáveis deestado de um gás

▪ Número de Avogadro: 6,023 1023

▪ Mol: 1 mol contém 6,023 1023 partículas (átomos,

moléculas, elétrons etc.)

▪ Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas,

medida em gramas.

▪ Número de mols (n):

2 Equação de um gás ideal

n=mM

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Analisando a densidade e a massa molar

Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de

um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa

molar M.


MB = MA

13

mB = mA

13

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Analisando as transformações isobáricas

Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso

é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura

do sistema.


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Analisando as transformações isotérmicas

Sob temperatura constante, a densidade de um sistema

gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão

do sistema.


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Equação de Clapeyron

As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e

temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n

mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos

gases perfeitos (ou ideais):

p V = n R T


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Lei geral dos gases ideais (ou perfeitos)

Igualando I e II, chegamos à lei geral dos gases ideais:


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Os Gases Reais

Comportamento: Os gases reais tem seu comportamento

diferenciado dos ideais e este desvio é explicado pelas

interações moleculares

Tipos de interação:

Forças atrativas contribuem para

a compressão

Forças repulsivas contribuem para

a expansão

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Fator de compressibilidade

Definição: relação entre volume do gás real pelo volume

do gás com comportamento ideal

RT

pVZ m=

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Volume molar de gasesNas condições padrões

Gás Vm (dm3mol-1)

Gás ideal 24,7896*

Amônia 24,8

Argônio 24,4

Dióxido de Carbono 24,6

Nitrogênio 24,8

Oxigênio 24,8

Hidrogênio 24,8

Hélio 24,8

*A STP (ooC, 1 atm) Vm= 24,4140

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Z – Representação Gráfica

RT

pVZ m=

Para um gás ideal Z = 1

Para pressões muito baixas Z =

1 para todos os gases

Para pressões elevadas Z > 1

(mais difícil comprimir)

Para pressões intermediárias Z

< 1 (mais fácil comprimir)

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Gás Ideal x Gás Real

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Gás Ideal Gás Real

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A velocidade da bola verde aocolidir com a parede édiminuída pelas forças atrativascom as bolas vermelhas.

a pressão de um gás real é menor quanto maior for a atração entre suas partículas.

A partícula do gás real tem volume real

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Novas equações

Uma modificação da lei geral dos gases foi proposta por Johannes Van der Waals em 1873, levando em conta o tamanho das partículas e as interações intermoleculares. Esta é conhecida como a Equação de Estado de van der Waals.

( ) 2

mm V

a

bV

RTp −

−=

Na Equação de Estado de van derWaals, o parâmetro a corrige apressão ideal para a pressão real eestá relacionado às forças atrativasentre as partículas do gás. Oparâmetro b corrige o volume molare relaciona-se com o tamanho destaspartículas.

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Temperatura de Boyle

Definição: Na temperatura de Boyle as propriedades dogás real coincidem com as do gás perfeito naspressões baixas.

Existe uma temperatura TBonde o gás se comporta comoum gás perfeito por umaampla faixa de pressão

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Comportamento Real/Coordenada Crítica

T

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