Baixe Importância e Características dos Gases Nobres: Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogênio, Carbono e outras Provas em PDF para Química, somente na Docsity! GASES PROFESSOR: RIVER SOUZA MAGALHÃES Licenciatura em Química 15/03/2020 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 1 Introdução: P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 2 Importância para a vida Diversos elementos e substâncias na forma gasosa. H2, O2, N2, CO, C2H2 , CH4, CO2 Características dos gases: ➢ SUBSTÂNCIAS LÍQUIDAS E SÓLIDAS PODEM EXISTIR NO ESTADO GASOSO, RECEBENDO O NOME DE VAPOR. P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 5 ➢POSSUEM A FORMA DO RECIPIENTE E VOLUME INDEFINIDOS ➢PELO FATO DE SEREM COMPOSTOS MOLECULARES SIMPLES, POSSUEM BAIXA MASSA MOLECULAR; ➢FORMAM MISTURAS HOMOGÊNEAS E SÃO BASTANTE COMPRESSÍVEIS DEVIDO AO GRANDE ESPAÇAMENTO ENTRE SUAS MOLÉCULAS; ➢ Altamente compressíveis Características gerais dos gases P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 6 ➢ Altamente expansíveis ➢ Baixa densidade Pressão ➢ Os gases exercem pressão sobre a superfície com a qual estão em contato. A F P = Patm = 1 x 105 N/m² = 1 x 105 Pa = 760 mmHg = 760 torr = 1 atm P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 7 Barômetro P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 10 A experiência de Torricelli - O barômetro. Manômetro P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 11 ➢Um manômetro fechado está cheio de ftalato de dibutila liquido cuja densidade é 1,046 g/cm³. qual é a pressão em mmHg, quando a altura ∆h da coluna de ftalato é 64,3 mm? A densidade do mercúrio pé 13,596 g/cm³ 𝑃𝑔á𝑠 = 𝑃𝐴𝑡𝑚+ 𝑃𝑑𝑔ℎ = 𝑃𝑔á𝑠 = 760𝑚𝑚𝐻𝑔+ 64.3 = Lei de Boyle ➢O volume de certa quantidade de gás mantido à temperatura constante é inversamente proporcional à pressão. P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 12 == 2211 VPVP Lei de Avogadro “O volume de um gás mantido a temperatura e pressão constantes é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás” 1 Mol = 6,02 x 1023 moléculas = 22,4 L (CNTP) nV P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 15 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 16 1 MOL = 6,02 x 1023 moléculas = 22,4 L (CNTP) Equação de Clayperon = M m n 𝑃 = 𝑛 . 𝑅𝑇 𝑉 Combinação das Leis de Boyle, Charles e Avogadro P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 17 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 20 7 𝑃𝑉 = 𝑵𝐤𝑇 𝑝𝑥 = −𝑚𝑉𝑥𝑖 L A 8 𝑝𝑥 = 𝑚𝑉𝑥𝑖 ∆𝑝𝑥=−2𝑚𝑉𝑥𝑖 9 ∆𝑡𝑥= 2𝐿 𝑉𝑥𝑖 𝟏𝟎 𝐹𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = ∆𝑝𝑥𝑖 ∆𝑡 𝐹𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 2𝑚𝑉𝑥𝑖 2𝐿 𝑉𝑥𝑖 = 2𝑚𝑉𝑥𝑖 1 𝑥 𝑉𝑥𝑖 2𝐿 = 𝑚𝑉𝑥𝑖 2 𝐿 11 𝐹𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑖=1 𝑁 𝑚𝑉𝑥𝑖 2 𝐿 12 P= 𝑭 𝐴 σ𝑖=1 𝑁 𝒎𝑽𝒙𝒊 𝟐 𝑳 = 𝑚 𝐀𝐋 σ𝑖=1 𝑁 𝑉𝑥𝑖 2 (13) 𝐀𝐋=V X y P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 21 (12) P= 𝐹 𝐴 σ𝑖=1 𝑁 𝑚𝑉𝑥𝑖 2 𝐿 = 𝑚 𝐴𝐿 σ𝑖=1 𝑁 𝑉𝑥𝑖 2 16 𝑉2= 𝑉𝑥 2 + 𝑉𝑦 2 + 𝑉𝑧 2 =3 𝑉𝑥 2 𝑉𝑥 2 = 𝑉2 3 (15) 𝑉𝑥 = 𝑉𝑦 = 𝑉𝑧 (12) P= 𝒎 𝑨𝑳 σ𝒊=𝟏 𝑵 𝑽𝒙𝒊 𝟐 x 𝑵 𝑵 (12)P= 𝑵 𝒎 𝑽 σ 𝑽𝒙𝒊 𝟐 𝑵 (14) PV= 𝑵m σ 𝑽𝒙 𝟐 𝑵 é 𝒂𝒎é𝒅𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒆 𝒕𝒐𝒅𝒂𝒔 𝒂𝒔 𝒎𝒐𝒍é𝒄𝒖𝒍𝒂𝒔 (17) PV= 𝑵m 𝑽𝟐 𝟑 x 𝟐 𝟐 (17) PV= 𝟐 𝟑 𝑵m 𝑽𝟐 𝟐 (13) 𝐀𝐋=V PV= 𝟐 𝟑 𝑵𝑲 (18)𝑲𝒄𝒊𝒏é𝒕𝒊𝒄𝒂 =m 𝑽𝟐 𝟐 N= 𝟑𝑷𝑽 𝟐𝑲 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 22 7 𝑃𝑉 = 𝑵𝐤𝑇 𝐤𝑇 = 𝑷𝑽 𝑵 𝐾 = 𝟑 𝟐 𝐤𝑇 Mede o grau de agitação térmica média das moléculas 𝐾 N= 𝟑𝑷𝑽 𝟐𝑲 𝐤𝑇 = 𝑷𝑽 𝟑𝑷𝑽 𝟐𝑲 𝐤𝑇 = 𝑷𝑽 𝑷𝑽 𝒙 𝟐𝑲 𝟑 𝐤𝑇 = 𝟐 𝟑 𝐾 Misturas gasosas: ➢ Lei das pressões parciais (Lei de Dalton): P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 25 Pt = P1 + P2 + ... Pn P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 26 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑛𝑵2 + 𝑛𝑶2 + 𝑛𝐻𝑒 ). 𝑅𝑇 𝑉 𝑃𝑔á𝑠 = 𝑛1. 𝑅𝑇 𝑉 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑛1 . 𝑅𝑇 𝑉 1 + 𝑛1. 𝑅𝑇 𝑉 2 + 𝑛1. 𝑅𝑇 𝑉 3 + 𝑛1 . 𝑅𝑇 𝑉 4……𝑛1. 𝑅𝑇 𝑉 𝑛 𝑃 = 𝑛 . 𝑅𝑇 𝑉 Mistura de gases e pressões parciais ttt n n V RTn V RTn P P 1 1 1 == FRAÇÃO EM QUANTIDADE DE MATÉRIA P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 27 ttt n n RTVn RTVn P P 111 == P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 30 A 500ºC e 93,2 kPa= (0,919 Atm),o vapor de enxofre tem densidade de 3,710 Kg/m³. qual a fórmula molecular do enxofre nessas condições. Exercício 𝑴 = 𝟑, 𝟕𝟏𝟎𝒈/𝑳. 𝟎, 𝟎𝟖𝟐𝟎𝟓𝑨𝒕𝒎. 𝑳/𝒎𝒐𝒍. 𝑲.𝟕𝟕𝟑𝑲 𝟎, 𝟗𝟏𝟗𝑨𝒕𝒎 𝒅 = 𝑷𝑴 𝑹𝑻 𝑴 = 𝟑,𝟕𝟏𝟎𝒈/𝟎,𝟎𝟖𝟐𝟎𝟓/𝒎𝒐𝒍.𝟕𝟕𝟑 𝟎, 𝟗𝟏𝟗 molgM /256 919,0 305,235 == Sx gx gMoldeS 832 256 256 321 == −−−−−−−− −−−− P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 31 A 500ºC e 93,2 kPa= (0,919 Atm),o vapor de enxofre tem densidade de 3,710 Kg/m³. qual a fórmula molecular do enxofre nessas condições. Exercício ( ) kPa KKMolJmkg M 2,93 773../314,8.3/710,3 = ( ) ( )RT PM d = ( ) 919,0 773./08205,0/710,3 molg M = molgM /256 919,0 305,235 == Sx gx gMoldeS 832 256 256 321 == −−−−−−−− −−−− P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 32 Qual o peso molecular de uma amostra de substância que pesa 0,970 g e ocupa o volume de 200 mL a 99 ºC e 733 mmHg. Exercício RESOLUÇÃO ( ) ( )RT PM d = ( ) P dRT M = 𝑴 = 𝟒, 𝟖𝟓𝒈/𝑳. 𝟎, 𝟎𝟖𝟐𝟎𝟓𝑨𝒕𝒎. 𝑳/𝑴𝒐Ԧ𝒍. 𝑲.𝟑𝟕𝟐𝑲 𝟎, 𝟗𝟔𝟒𝑨𝒕𝒎 = 𝟏𝟓𝟑, 𝟓𝟔𝒈/𝑴𝒐𝒍 Mol g M 154= V m d = Lg L g d /85,4 20,0 970,0 == P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 35 Coleta de gás sobre a água: P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 36 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 37 ➢ Explicação para o comportamento de um gás. ➢ Considera apenas o movimento molecular. Teoria Cinética Molecular: Afirmações de Rudolf Clausius: 3. As forças atrativas e repulsivas entre as moléculas são desprezíveis. P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 40 1. Os gases consistem em grande número de moléculas que estão em movimento. 2. O volume do gás é desprezível comparado ao volume total (0,1%). Teoria cinética molecular P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 41 1. O gás consiste em moléculas de massa m movimentando-se aleatoriamente e incessante. 2. O tamanho das moléculas é desprezível no sentido de que os diâmetros são muito menores do que a distancia média percorrida entre as colisões; 3. As moléculas interagem brevemente, e raramente, através de colisões elásticas. 4. As energias podem ser transferidas entre as moléculas em suas colisões, porém a energia cinética média das moléculas não varia com o tempo, ou seja, as colisões são perfeitamente elásticas. 5. A energia cinética média das moléculas é proporcional à temperatura absoluta. Afirmações de Rudolf Clausius: P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 42 Efusão e difusão molecular ➢ Efusão: Fuga das moléculas de um gás de um lugar de maior pressão para um de menor, através de um pequeno orifício. ➢ Difusão: Espalhamento de uma substância no espaço ou em uma segunda substância. M RT u 3 = u representa a velocidade quadrática média (vqm). P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 45 Lei de Graham 1 2 2 1 M M r r = P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 46 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 47 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 50 A que temperatura das moléculas de hidrogênio, H2, têm a mesma velocidade média quadrática que as moléculas de nitrogênio, N2, a 455ºC. Usar R=8,31 kg.m²/(s².K.mol), MM (N2)=28 g/mol),MM (H2)=2 g/mol). Exercício M RT u 3 = 2 3 2 3 22 MN RT MH RT NH uu = = 28 728.31,8.3 2 .31,8.3 22 = = T NH uu 465,12 18,648 18,648465,12 18,648465,12 = = = T T T ( ) ( ) KTTT 52 2 52 2 465,12 18,648 ===== Gases reais: desvios do comportamento ideal n RT PV = Como para um gás perfeito, Z=1 em quaisquer condições, o desvio de Z em relação a 1 é uma midida do afastamento do gás em relação o comportamento ideal. ( )1=n P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 51 Z V V m m = 0 Z RT pVm = ZRTpVm = ➢ A altas pressões o desvio de comportamento ideal é grande e diferente para cada gás. Gases reais: desvios do comportamento ideal P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 52 Exemplo ➢ Se 1,000 mol de um gás ideal estivesse confinado em um volume de 22,41 L a 0,0°C, exerceria uma pressão de 1 atm. Use a equação de Van der Waals e as constantes dadas para estimar a pressão exercida por 1,00 mol de Cl2(g) em 22,41 L a 0,0°C. 2 2 49,6 mol atmL a = e mol L 05620b ,= P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 55 𝒑 = 𝒏𝑹𝑻 𝑽 − 𝒏𝒃 − 𝒏𝟐𝒂 𝑽𝟐 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 56 2 2 V an nbV nRT p − − = 𝑝 = 1.0 . 0,08205 . 273 22,41 − 1,0 . 0,0562 − (1)2 . 6,49 22, 42 𝑝 = 1.0,08205.273 22,41 − 1.0,0562 − 12. 6,49 (22, 41)2 = 22,39965 22,3438 − 0,01293447 𝑝 = 1,002499575 − 0,01293447 = 0,989𝑎𝑡𝑚 P R O F E S S O R R I V E R M A G A L H Ã E S 57