Atividade de Físico-Química - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
Paulo89
Paulo895 de Março de 2013

Atividade de Físico-Química - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)

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Apostilas e exercicios de Química sobre o estudo da atividade de físico-quimica, definição de gases.
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1ª) O que são gases?

Um gás é definido como uma substância que se expande espontaneamente para preencher completamente seu recipiente de maneira uniforme. Três variáveis são especialmente usadas para descrever o comportamento dos gases: volume (V), pressão (P) e temperatura (T).

2ª) Diferencie gás ideal de gás real?

Gás Ideal Gás Real Está em equilíbrio termodinâmico. Já o gás real não, devido as ações

envolvidas, podemos colocar as forças intermoleculares, forças de atrativas ou repulsivas.

O volume tende a zero, a medida que a pressão aumentar infinitamente

A medida que a pressão aumenta, o volume do gás sofrerá uma pequena diminuição, porque o gás irá se condensar

A pressão tende a zero no gás ideal à medida que o volume aumenta.

No gás real isto não acontece.

O gás ideal obedece a equação PV=nRT, sendo desconsiderada esta situação para com o real.

No gás real está de acordo com Van der Waals, pois as força intermoleculares afetarão o sistema do gás real durante todo o processo.

O gás ideal é um modelo, instituído. Um gás real é um gás natural. É tão tal que Van der Waals, diz o volume de gás ideal tende a zero, e no gás real tende a b(repulsão), ou seja, se a pressão aumenta o gás se condensa, ainda existe o fator de compressibilidade Z, que nos gases ideais tenderá a 1, Z=1.

Nos gases reais pode, sofrer alterações podendo ser Z>1 ou Z<1.

O gás ideal é aquele que se assemelham as condições mais exatas quando medido a altas temperaturas e pressões

Já o gás real não há essa obrigatoriedade.

O gás ideal se comporta nas condições ideais de temperatura, pressão e volume, sendo que quando maior for a temperatura o gás se assemelha a ideal.

O gás real se comporta de forma que não há uma obrigação para que a temperatura seja alta.

O gás ideal se comporta nas condições sendo que, quanto maior for à pressão mais o gás adquire a idealidade.

O gás real sofre determinadas variações quando associado na equação de Van der Walls.

O gás ideal devido a sua alta temperatura possui uma constância em suas propriedades.

O gás real não tem uma constância na sua fase onde qualquer perturbação pode afeta-lo.

O gás ideal se assemelha ao gás real quando mais rarefeito ele estiver.

O gás real possui características diferentes na sua propriedade podendo assumir assim essas a qual P, V ou T. Quando a temperatura ultrapassa a temperatura crítica o gás assemelha ao

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ideal. O gás real se assemelha ao gás ideal quando possuir características de estudo em P, V e T, e de acordo com a exatidão dessas características.

3ª) Quais as leis que descrevem o comportamento de um gás? Enuncie-as.

Relação pressão-volume: Lei de Boyle

À temperatura constante, o volume ocupado por uma determinada quantidade (número de mols) de um gás é inversamente proporcional à sua pressão.

Efeitos da temperatura: Lei de Charles

A pressão constante, o volume ocupado por uma quantidade de gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta kelvin.

Lei de Gay-Lussac da combinação dos volumes

Quando medidos sob as mesmas condições de temperatura e pressão, os volumes dos reagentes e produtos gasosos de uma reação estão na razão de números inteiros e pequenos.

Lei de Dalton das pressões parciais

A lei de Dalton das pressões parciais estabelece que a pressão total exercida por uma mistura de gases é igual à soma da pressões parciais dos gases individuais.

Lei de Graham de difusão e efusão

Difusão é o termo dado à passagem de uma substância através de outra.

A velocidade de difusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade e à raiz quadrada de sua massa molecular.

Efusão é a passagem de um gás através de uma abertura de um buraco de agulha ou orifício.

A velocidade de efusão de um gás através de um dado orifício é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade ou de sua massa molecular.

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4ª) Deduza a equação para o gás ideal.

A energia cinética de uma molécula específica pode flutuar de forma ampla, mas o teorema da equipartição permite calcular a sua energia média, considerando a temperatura a que se encontra. O teorema da equipartição também permite deduzir a lei dos gases ideais, uma equação que relaciona a pressão, volume e temperatura do um gás.

Os gases ideais dão um exemplo importante da aplicação do teorema da equipartição. A fórmula, em dito caso, resulta ser:

para a energia cinética média de uma partícula, o teorema da equipartição pode ser utilizado para obter a lei dos gases ideais da mecânica clássica.[3] Se q = (qx, qy, qz) e p = (px, py, pz) são os vectores de posição e de momento (quantidade de movimento) de uma partícula do gás, e F é a força líquida sobre a partícula, então:

onde a primeira igualdade é a segunda lei de Newton, e a segunda linha utiliza as equações de Hamilton e a fórmula de equipartição. Somando num sistema de N partículas, obtém-se:

Devido à terceira lei de Newton e à hipótese de gás ideal, a força líquida sobre o sistema é a força exercida pelas paredes do recipiente, e esta força é dada pela pressão P do gás. Portanto:

onde dS é o elemento infinitesimal de área ao longo das paredes do recipiente. Dado que a divergência do vector posição q é:

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Aplicando o Teorema da Divergência, resulta:

onde dV é um volume infinitesimal dentro do recipiente e V é o volume total do recipiente. Agrupando estas igualdades, obtém-se:

o qual imediatamente implica a lei dos gases ideais para N partículas:

onde n=N/NA é o número de mol de gás e R=NAkB é a constante do gás. 5ª) Que correções são necessárias na equação do gás ideal para torna-lo aplicável aos gases reais (por exemplo equação de Van der Waals).

Na equação, P,V, T, R e n possuem significados usuais, mas a e b, são constantes de van der Waals, pois possuem valores que devem ser determinados experimentalmente para cada gás. Então a constante a de van der Walls corrige valores das pressões dos gases devido ao efeito das forças intermoleculares, e b corrige o volume do gás devido ao efeito dos volumes moleculares.

A temperatura e a pressão são facilmente obtidas pela equação de van der Waals, porém isto não ocorre quando usamos para encontrar valores de V e n. É mais prático estimar V pela lei dos gases ideais e em seguida ajustar o valor estimado usando o método iterativo, substituindo os valores ajustados na equação de van der Waals, até que o lado esquerdo de iguale ao lado direito da equação. Este método das aproximações sucessivas minimiza o tempo de cálculo, especialmente quando se usa uma calculadora aritmética. As variáveis da equação de van der Waals são rapidamente solucionáveis quando utilizamos um computador.

A equação de van der Waals descreve com maior exatidão o comportamento de um gás real do que a lei do gás ideal. E para exemplificar tomamos como exemplo o comportamento PV de 1 mol de gás CO2 a 350 K, previsto tanto pela lei do gás ideal quando pela equação de van der Waals com o comportamento experimental observado.

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6ª) Represente graficamente os dados abaixo. Explique.

V(dm3) p(N/m2) 10 226,9 20 113,5 30 75,6 40 56,7 50 45,4 100 22,7

a) P . V

b) pV . V

c) indique o valor de p para V=22,4 dm3.

V(dm3) T(°K) 10 121,6 20 243,75 30 365,6 40 609,4

a) V . T

b) Indique o valor de V para T=2073°K

P(N/m2) T(°K) 10 26,9 100 269,4 120 323,3 140 377,2 200 538,8

a) p . T

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b) indique o valor de p para T=273°K

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

Acessado dia 15/04/2012 <http://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_da_equiparti %C3%A7%C3%A3o>

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