Estudo dos Gases - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Estudo dos Gases - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre o estudo de gases, introdução, pressão dos gases, Lei de Boyle-Mariotte, equação geral dos gases.
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Estudo dos Gases

Sumário

INTRODUÇÃO 4

PRESSÃO DOS GASES 5

LEIS FÍSICAS DOS GASES 6

EQUAÇÃO GERAL DOS GASES 9

CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO 10

TEORIA CINETICA DOS GASES 10

LEIS QUIMICAS DOS GASES 11

MISTURAS GASOSAS 12

CONCLUSÃO 13

BIBLIOGRAFIA 14

INTRODUÇÃO

O estudo dos gases teve início com Torricelli, quando mediu sua pressão e apresentou adequadas explicações sobre o fenômeno. A primeira pessoa a utilizar o termo gás foi Jean- Baptiste, um naturalista belgo, alquimista e químico.

O termo gás vem do grego caos e significa espaço vazio.

O gás tem como característica principal ocupar totalmente o volume do recipiente que o hospeda, independentemente de sua quantidade.

Isso acontece porque os gases se comportam de forma desordenada em virtude do grau de liberdade que possuem, ocupando totalmente o volume do recipiente a ele oferecido.

Outra característica dos gases é sua grande capacidade de compressão.

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PRESSÃO DOS GASES

A força exercida pelo gás sobre a parede de um recipiente onde esteja contido pode ser atribuída aos choques das moléculas contra à parede.

Pressão =

Ou seja,

P =

A pressão de um gás é, portanto, uma consequência dos choques moleculares das suas partículas sobre as paredes do reservatório onde se encontram. As partículas de um gás dispõem de grande liberdade de movimentos e deslocam-se no espaço em todas as direções.

|

A pressão de um gás exerce-se em todas as direcções.

Quanto maior for o número de choques das partículas do gás que ocorrem sobre uma superfície, num dado intervalo de tempo, maior é a pressão exercida pelo gás nessa superfície.

|

A pressão está directamente relacionada com o número de colisões.

| | | |

| | | |

A unidade de pressão no Sistema Internacional é o Pascal, Pa. Existem outras unidades também muito usadas como: a atmosfera (atm) e o milímetro de mercúrio (mmHg). A atmosfera corresponde à pressão normal ao nível do mar e é definida como a pressão exercida por uma coluna de mercúrio com a altura exacta de 760 mm Hg, também designada por torr, em reconhecimento do estudante de Galileu, Evangelista Torricelli (1608-1647), que inventou o barómetro. A relação entre estas unidades é:

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1 mmHg = 1 torr

1 atm = 760 mmHg = 760 torr

1atm = 101.325 Pa

1mmHg = 133,322 Pa

LEIS FÍSICAS DOS GASES

Lei de Boyle-Mariotte

As transformações isotérmicas são aquelas que ocorrem à temperatura constante nas quais as variações de volume estão relacionadas às variações de pressão.

Ex.: quanto maior for a pressão externa aplicada sobre o êmbolo da seringa, menor será o volume do ar dentro da seringa.

Essa constatação experimental é expressa pela lei de Boyle-Mariotte:

Sob temperatura constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é inversamente proporcional à sua pressão.

Portanto:

Lei de Gay-Lussac

Gay-Lussac estudou a variação da temperatura em relação ao volume de um gás com a pressão constante.

A transformação isobárica é uma variação do volume e da temperatura de determinado gás, porém com a pressão constante.

A lei de Gay-Lussac afirma que:

Sob pressão constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.

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Ex.: Em um recipiente contendo um determinado gás, que tem sua temperatura elevada, a energia cinética das partículas aumentará. Isso significa que quanto maior a temperatura, maior será a velocidade das moléculas. A pressão se manteve constante, mas, com o aumento da velocidade das partículas, o volume ocupado por esse gás tende a aumentar.

Portanto:

Lei de Charles

A 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.

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.

A lei de Charles expressa que:

Sob volume constante, a pressão exercida por uma determinada massa gasosa é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.

Ex.: nos pneus de carros, motos e caminhões o aumento de sua temperatura leva ao aumento da pressão dentro dos pneus

Em uma corrida, a volta de apresentação dos carros acontece para aquecer os pneus, assim as moléculas dos gases atingem uma temperatura certa para dar a pressão ideal para a corrida.

Portanto:

EQUAÇÃO GERAL DOS GASES

As representações matemáticas das leis de Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles podem ser reunidas em uma única equação:

Ex.:

Transformações de uma massa fixa de gás

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- Qual o valor da pressão do gás no ponto A? O ponto A se localiza no valor 2,0 no vetor P (atm), portanto o valor da pressão atmosférica em A é de 2 atm.

- Qual o valor da pressão do gás no ponto B? O ponto B se encontra na mesma posição de A em relação ao vetor P (atm). Portanto, B apresenta as mesmas condições de A e possui a mesma pressão: 2 atm.

- Qual transformação gasosa ocorre na passagem de A para B?

Transformação Isobárica. A pressão do gás é constante (2 atm) e o volume varia, de 4 litros (ponto A) para 8 litros (ponto B).

- Qual o volume no ponto C? Subtraindo B – A, obtem-se o volume de C = 4 litros.

- Analisando C e A: a pressão nesses pontos varia, mas o volume não. Observamos então uma transformação gasosa Isovolumétrica.

CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO

As condições normais de pressão e temperatura são estabelecidas da seguinte forma:

Pressão= 1atm= 760 mmHg

Temperatura= 0 ºC= 273 K

TEORIA CINETICA DOS GASES

A teoria cinética dos gases foi criada com o propósito de explicar as propriedades e o comportamento interno dos gases. A compreensão dessa teoria é importante para o entendimento da pressão que os gases exercem em outros corpos e em muito mais estudos sobre os gases.

A teoria cinética dos gases estabelece que:

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

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* As moléculas de um gás 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 insignificante. Isto explica porque os gases têm densidades baixas, podem ser facilmente comprimidos e se misturam com facilidade.

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

* O choque das moléculas contra si mesmas e contra as paredes do recipiente onde o gás está contido, é perfeitamente elástico, impedindo a perca de energia cinética e a quantidade de movimento.

* As moléculas não exercem força umas sobre as outras, exceto quando se colidem.

LEIS QUIMICAS DOS GASES

Leis volumétricas de Gay-Lussac

No século XIX, Gay-Lussac comprovou experimentalmente várias relações entre os volumes dos gases que reagem quimicamente. Essas relações foram denominadas leis volumétricas, que podem ser explicadas da seguinte maneira:

Quando medimos nas mesmas condições de pressão e temperatura, os volumes dos reagentes e dos produtos gasosos formam uma proporção constante, de números inteiros e pequenos.

Ex.: Na reação entre os gases hidrogênio e cloro apresentaram-se os seguintes volumes:

Hidrogênio + Cloro ----> Gás clorídrico

15L + 15L ----> 30L

Simplificando esses números, obtêm-se 1 : 1 : 2, que é uma proporção de números inteiros e pequenos.

Lei de Advogrado

Amedeo Avogadro propôs, em 1811, uma lei relacionada ao volume molar de gases. Esta lei expressa que:

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Volumes iguais de gases quaisquer, quando medidos à mesma pressão e temperatura, apresentam o mesmo número de moléculas.

Ex.: Enchendo um balão com 28g de gás nitrogênio (massa de 1 mol de moléculas N2),o volume será de 22,403 litros. Substituindo o gás N2 por 2 gramas de gás hidrogênio (massa de 1 mol de moléculas H2) e nas mesmas condições de temperatura e pressão (1 atm – 0°C), o balão adquire o volume de 22,432 litros, ou seja, o volume não altera em praticamente nada.

MISTURAS GASOSAS

O ar que respiramos é um exemplo de mistura de vários gases, sendo que os principais são o nitrogênio (N2), que corresponde a cerca de 80% do ar; e o oxigênio (O2), que é quase 20%.

Como são muito presentes em nosso cotidiano, é necessário analisar duas grandezas importantes quando se trata de misturas gasosas, que são: pressão parcial e volume parcial. A seguir, ambos serão explicados:

1. Pressão parcial dos gases:

A pressão parcial de um gás é a pressão que ele exerceria se estivesse sozinho, nas mesmas condições de temperatura e volume da mistura.

Segundo Dalton, a soma das pressões parciais dos gases que formam a mistura resulta na pressão total (p) da mistura. Por exemplo, se a pressão do ar for de 1,0 atm, a pressão parcial do N2 será de 0,8 (80% da pressão total) e a pressão parcial de O2 será igual a 0,2 % (20% da pressão total da mistura).

A Lei de Dalton é mostrada também pela fração em quantidade de matéria (X). Essa fração no caso do nitrogênio é dada por 0,8 mol.

pN2= p . XN2

pN2= 1,0 atm . 0,8 = 0,8 atm.

2. Volume parcial dos gases:

O volume parcial corresponde ao volume que um gás ocupa nas condições de temperatura e pressão da mistura.

A Lei de Amagat afirma que a soma dos volumes parciais é igual ao volume total, assim como o caso da pressão. Então:

P. VN2= nN2 . RT

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CONCLUSÃO

Os gases são constituídos de pequenas partículas denominadas moléculas que se movimentam desordenadamente em todas as direções e sentidos. O estado de um gás é caracterizado pelo valor de três grandezas físicas: o volume V, a pressão p e a temperatura T, que são denominadas variáveis de estado de um gás. O volume de um gás é devido ao choque das suas moléculas contra as paredes do recipiente, e a sua temperatura mede o grau de agitação de suas moléculas.

Em geral, a variação de uma dessas variáveis de estado provoca alteração em pelo menos uma das outras variáveis, apresentando o gás uma transformação e conseqüentemente um estado diferente do inicial.

As transformações mais conhecidas são:

Isotérmica: Ocorre à temperatura constante

Isobárica:Ocorre sob pressão constante.

Isométrica ou Isocórica: Ocorre a volume constante.

A pressão 1 atm e a temperatura 273K ou 0ºC caracterizam as condições normais de pressão e temperatura que indicamos CNPT.

BIBLIOGRAFIA

http://www.brasilescola.com/quimica/transformacao-isotermica-ou-lei-boyle.htm

http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/transformacao-isocorica-ou-isovolumetrica.htm

http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/transformacao-isobarica-ou-lei-gay-lussac.htm

http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/pressao-dos-gases.htm

Livro – Completamente Quimica – Sociedade, tecnologia e ciências – Martha Reis

Livro – Fundamentos da Quimica – Quimica, tecnologia e sociedade – Ricardo Feltre

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