Propriedades Térmicas da Matéria, Notas de estudo de Engenharia Informática
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Propriedades Térmicas da Matéria
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PROPRIEDADES TÉRMICAS DA MATÉRIA

UM DOS TIPOS MAIS SIMPLES DE MATÉRIA É O GÁS IDEAL - ELE NÃO EXISTE NA NATUREZA; ELE É FICTÍCIO. ENTRETANTO, UM GÁS REAL, QUE EXISTE NA NATUREZA, PODE CHEGAR A TER UM COMPORTAMENTO PRÓXIMO DO IDEAL, BASTA ELEVARMOS SENSIVELMENTE SUA TEMPERATURA ENQUANTO DIMINUIMOS A PRESSÃO EXERCIDA SOBRE ELE. NESTAS CONDIÇÕES, SUAS PARTÍCULAS ESTARÃO SUFICIENTEMENTE AFASTADAS PARA QUE A INTERAÇÃO ENTRE ELAS SEJA PRATICAMENTE NULA. QUANDO ISSO OCORRER, O GÁS REAL SERÁ DENOMINADO GÁS PERFEITO.

AS CONDIÇÕES NAS QUAIS UM DADO MATERIAL EXISTE SÃO DESCRITAS POR GRANDEZAS FÍSICAS COMO A PRESSÃO, O VOLUME , A TEMPERATURA E A QUANTIDADE DE SUBSTÂNCIA.

ESSAS VARIÁVEIS INDICAM O ESTADO DO MATERIAL E SÃO CHAMADAS DE VARIÁVEIS DE ESTADO.

A RELAÇÃO ENTRE p, V, T E m (ou n) PODE SER EXPRESSA NA FORMA DE UMA EQUAÇÃO DENOMINDA EQUAÇÃO DE ESTADO.

EQUAÇÃO DO GÁS IDEAL

PODE SE ESTUDAR O COMPORTAMENTO DE UM GÁS USANDO O DISPOSITIVO EXPERIMENTAL ILUSTRADO NA FIGURA AO LADO.

A EQUAÇÃO DE ESTADO DO GÁS IDEAL SE ESCREVE NA FORMA

nRTpV  ONDE:

)/( )( molgemmolarmassa

gramasemmassa M mn 

E, ONDE: M É A MASSA MOLECULAR (OU PESO MOLECULAR).

E, AINDA,

n - NÚMERO DE MOLES OU QUANTIDADE DE MATÉRIA; NO S.I., DEFINE-SE QUE U M MOL É A QUANTIDADE DE SUBSTÂNCIA QUE CONTÉM UM NÚMERO DE MOLÉCULAS IGUAL AO NÚMERO DE ÁTOMOS EXISTENTES EM 0,012 kg DE CARBONO 12.

DETERMINOU-SE QUE:

1 MOL DE QUALQUER SUBSTÂNCIA CONTÉM 6,022 x 1023 MOLÉCULAS.

ESTE NÚMERO FICOU CONHECIDO COMO NÚMERO DE AVOGADRO (NA). E, TAMBÉM, TEM-SE:

1 MOL DE OXIGÊNIO NAS CNTP (CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO) OCUPA 22,4 LITROS. ESTE VALOR É REFERÊNCIA PARA SE DETERMINAR, NAS CNTP, O VOLUME V DE UM DETERMINADO GÁS.

PRESSÃO NORMAL: 760 mmHg OU 1 atm TEMPERATURA NORMAL: 0ºC OU 273K

A MASSA MOLECULAR M DE UM COMPOSTO É A MASSA DE UM MOL. ESTE VALOR É DADO POR:

M = NA m

QUANDO A MOLÉCULA É CONSTITUÍDA POR UM ÚNICO ÁTOMO, COSTUMA-SE USAR A EXPRESSÃO MASSA ATÔMICA EM VEZ DE MASSA MOLECULAR OU PESO MOLECULAR.

EM 1811, AMEDEO AVOGADRO AO REALIZAR EXPERIÊNCIAS COM GASES VERIFICOU QUE VOLUMES IGUAIS DE SUBSTÂNCIAS DIFERENTES CONTINHAM O MESMO NÚMERO DE PARTÍCULAS, SE A DISTÂNCIA MÉDIA ENTRE ELAS FOSSEM IGUAIS PARA AS DUAS SUBS_ TÂNCIAS. COM ISSO ELE ENUNCIOU SUA CONTRIBUIÇÃO PARA A TEORIA CINÉTICA DOS GASES QUE HOJE É CONHECIDA COMO LEI DE AVOGADRO:

“ VOLUMES IGUAIS DE SUBSTÂNCIAS DIFERENTES QUE SE ENCONTRAM NA FASE GASOSA DESDE QUE NAS MESMAS CONDIÇÕES DE PRESSÃO E TEMPERATURA, CONTÊM O MESMO NÚMERO DE PARTÍCULAS”.

ATENÇÃO: DOIS RECIPIENTES QUE CONTENHAM O MESMO NÚMERO DE PARTÍCULAS, DE SUBSTÂNCIAS DIFERENTES, NÃO CONTÊM A MESMA MASSA, JÁ QUE AS PARTÍCULAS CONSTITUINTES DE CADA SUBSTÂNCIA POSSUEM TAMANHOS DIFERENTES E, CONSE_ QUENTEMENTE, MASSAS DIFERENTES.

E, TEMOS, AINDA:

R - CONSTANTE DOS GASES PERFEITOS (IDEAIS). SEU VALOR DEPENDE DAS UNIDADES DE p, V E T:

• R = 62,3 mmHg.L/K.mol • R = 0,08206 atm.L/K.mol • R = 8,314510 J/mol.K (S.I.)

PARA MASSA CONSTANTE (OU NÚMERO E MOLES CONSTANTE) O PRODUTO nR DE UM GÁS IDEAL É CONSTANTE, DE MODO QUE pV/T TAMBÉM É CONSTANTE.

DESIGNANDO PELOS ÍNDICES INFERIORES 1 E 2 DOIS ESTADOS DA MESMA MASSA DE UM GÁS, PODEMOS ESCREVER:

CONSTANTE T Vp

T Vp

 2

22

1

11 (GÁS IDEAL, MASSA CONSTANTE)

EXERCÍCIOS:

1º) EM UM MOTOR DE AUTOMÓVEL, UMA MISTURA DE AR E GASOLINA É COMPRIMIDA NO INTERIOR DO CILINDRO ANTES DA IGNIÇÃO. UM MOTOR TÍPICO POSSUI UMA RAZÃO DE COMPRESSÃO DE 9 PARA 1; ISSO SIGNIFICA QUE O GÁS NO CILINDRO É COMPRIMIDO ATÉ UM VOLUME IGUAL A 1/9 DO SEU VOLUME ORIGINAL. A PRESSÃO INICIAL É IGUAL A 1,0 atm E A TEMPERATURA INICIAL É IGUAL A 27ºC. SE A PRESSÃO DEPOIS DA COMPRESSÃO FOR IGUAL A 21,7 atm, CALCULE A TEMPERATURA DO GÁS COMPRIMIDO.

2º) DETERMINE A MASSA DE UM ÁTOMO DO HIDROGÊNIO ATÔMICO E A MASSA DA MOLÉCULA DE OXIGÊNIO.

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