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GASES

Características dos gases

Todos os gases são compostos por elementos não metálicos, além disso todos tem formulas moleculares simples e, portanto, massas molares baixas. As substancias que são liquidas ou solidas sob condições ordinárias também podem geralmente existir no estado gasoso, ocasião em que nos referimos a elas como vapores. O volume de um gás se iguala ao volume do recipiente que o contem, quando se aplica pressão a um gás, seu volume diminui rapidamente. Os sólidos líquidos, por outro, não se expandem para encher os recipientes que os contêm, e sólidos e líquidos não são rapidamente compressíveis. Os gases formam misturas homogêneas entre si independentemente das identidades ou proporções relativas dos gases componentes.

Pressão

AS LEIS DOS GASES

A equação do gás ideal

Aplicações adicionais da equação do gás ideal

mistura e pressões parciais.

Teoria cinética molecular

Pressão transmite a ideia de força, um empurrão que tende a mover algo em determinada direção. 𝑃 = F/A

Pressão atmosférica e o barômetro

A preção atmosférica é o resultado da gravidade agir, e assim faz com que a atmosfera como um todo pressione a superfície. A unidade SI de pressão é N/m2 , a ela deram o nome de pascal (Pa) Bar que é igual a 105 , é a pressão atmosférica no nível do mar que é aproximadamente 100kPa ou 1Bar. Evangelista Torricelli(1608-1647) é o criador do barômetro, foi criado para mostra que a atmosfera tem um peso. Pressão atmosférica padrão, corresponde à pressão típica no nível do mar. Em unidade SI, essa pressão é igual a 1,01325 x 105 Pa. 1atm = 760mm Hg = 760 torr = 1,01325 x 105 Pa = 101,325 kPa

Definições de gases, temperatura T; pressão P; volume V; e a quantidade de gás geralmente é expressa em quantidade de matéria n. As equações que expressão as relações entre T, P, V e n são conhecidas como lei dos gases.

Relação pressão – volume: Lei de Boyle

Relação temperatura – volume: Lei de Charles

Lei de Boyle, afirmas que o volume de certa quantidade fixa de um gas mantido à temperaturas constante é inversamente proporcional à pressão. A lei de Boyle pode ser expressa matematicamente como: 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 x 1 P 𝑃𝑉 = constante Boyle foi o primeiro a realizar uma serie de experimentos nos quais o valor de uma variável foi sistematicamente alterado para determinar o efeito em outra variável.

Charles descobriu que o volume de certa quantidade de fiz de gás a pressão constante aumenta linearmente com a temperatura. Em termos de escala kelvin, a lei de Charles pode ser expressa como segue: o volume de certa quantidade fixa de gás mantido a pressão constante é diferente proporcional à respectiva temperatura absoluta. Matematicamente, a lei de Charles assume a seguinte forma: 𝑉 = constante x T ou V T = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 O valor da constante depende da pressão e da quantidade de gás.

Relação quantidade – volume: Lei de Avogadro

Hipótese de Avogadro, volumes iguais de gases à mesma temperatura e pressão contêm números iguais de moléculas. Lei de Avogadro resulta da hipótese de Avogadro: o volume de um gás mantido a temperatura e pressão constante é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás. 𝑣 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑥 𝑛 Portanto, dobrando-se a quantidade ade matéria do gás, o volume também dobra se T e P permanecem constantes.

Podemos expressar cada lei como uma relação de proporcionalidade. Usando o símbolo. 𝑙𝑒𝑖 𝑑𝑒 𝐵𝑜𝑙𝑒𝑦: 𝑉 ∝ 1 P (𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑛, 𝑇) 𝑙𝑒𝑖 𝑑𝑒 𝐶ℎ𝑎𝑟𝑙𝑒𝑠: 𝑉 ∝ 𝑇 (𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑛, 𝑃) 𝑙𝑒𝑖 𝑑𝑒 𝐶ℎ𝑎𝑟𝑙𝑒𝑠: 𝑉 ∝ 𝑁 (𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑃,𝐼) Podemos combinar essas relações para chegar a uma lei de gás mais geral: 𝑣 ∝ nT P Se chamarmos R a constante de proporcionalidade, obtemos: 𝑣 = 𝑅 ൬ 𝑟𝑇 𝑃 ൰ Recordando, temos essa relação de forma mais familiar: 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 Essa equação e conhecida como equação do gás ideal. Um gás ideal é um gás hipotético cujos comportamentos da pressão, do volume e da temperatura são completamente descritos pela equação do gás ideal. O termo R na equação do gás ideal é chamado constante dos gases. As condições 0 oC e 1 atm referem-se às condições normais de temperaturas e pressão (CNTP). O volume ocupado por 1 Mol de um gás ideal nas CNTP é conhecido como volume molar de um gás ideal nas CNTP.

Relacionando a equação do gás ideal e as leis dos gases

As leis dos gases simples que abordamos como a lei de Boyle, são casos especiais da equação ideal dos gases. Por exemplo, quando a quantidade de gás e a temperatura são mantidas constantes, n e t tem valores fixos. Dessa forma, o produto nRT é o produto de três constantes e deve por si só ser constante. 𝑝𝑣 = 𝑛𝑅𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑢 𝑝𝑣 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Assim temos a lei de Boyle. Vemos que se n e T são constante, os valores de P e V podem variar, mas o produto PV deve permanecer também constante. De modo similar, podemos começar com a equação do gás ideal e derivar a relação entre quaisquer outras duas variáveis, V e T (lei de Charles), n e V (lei de Avogadro), ou P e T. Frequentemente deparamos com a situação na qual P, V e T variam enquanto matéria de gás permanecem fixa. Como n é constante nessa circunstancias, a equação do gás ideal é: PV T = 𝑛𝑅 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Se representarmos, as condições inicial e final de pressão, temperatura e volume pelos índices inferiores respectivamente, podemos rescrever. P1 V1 T1 = P2 V2 T2

Densidades de gases e massa molar

Volume de gases em reações químicas.

A equação do gás ideal tem muitas aplicações ao medir e calcular a densidade do gás. A densidade tem unidades de massa por unidade de volume. Podemos ordenar a equação dos gases para obter a quantidade de matéria por unidade de volume. n V = P RT Suponha que multipliquemos ambo os lados dessa equação pela massa molar, M que é o número de gramas em 1 mol de certas substancias: n𝑀 V = P𝑀 RT A densidade, d, de um gás e dada pela expressão à direita da equação: 𝑑 = P𝑀 RT Vemos que a densidade de um gás depende de sua pressão, de sua massa molar e de sua temperatura. Quanto maiores a massa molar e pressão, menos denso e o gás. Essa equação poderá ser reorganizada para que se ache a massa molar de um gás: 𝑀 = dRT P Podemos usar a densidade de um gás medida experimentalmente para determinar a massa molar das moléculas de gás.

É importante por que os gases são muitas vezes reagentes ou produtos nas reações químicas. Os coeficientes em equações químicas balanceadas fornecem as quantidades relativas (em mols) de reagentes e produtos em certa reação. A quantidade de um gás, por sua vez, está relacionada com P, V e T.

John Dalton observou que a pressão total de uma mistura de gases e igual à soma das pressões parciais que cada gás exercia se estivesse sozinho. A pressão exercida por um componente em particular de certa mistura de gases é chamada pressão parcial daquele gás, e a observação de Dalton é conhecida como lei de Dalton das pressões parciais. Pressões parciais e frações em quantidade de matéria Para um gas ideal P = nRT/V, e, portanto, podemos escrever. P1 Pt = n1RT/V nt RT/V = n1 nt A fração em quantidade de matéria ou fração em mol, x é um número sem dimensão que expressa a razão entre a quantidade de matéria de certo componente e a quantidade de matéria total na mistura. 𝑃1 = ൬ 𝑛1 𝑛𝑡൰ 𝑃1 = 𝑋1 𝑃𝑡 Portanto, a pressão parcial de um gas em uma mistura é sua fração em quantidade de matéria multiplicada pela pressão total.

Foi desenvolvido durante um período de aproximadamente cem anos, culminando em 1857 quando Rudolf Clausius (1822 - 1888). A teoria cinética molecular (a teoria das moléculas em movimento) é resumida pelas seguintes afirmações.

1 os gases consistem em grande número de moléculas que estão em movimento continuo e aleatório. 2 o volume de todas as moléculas de gás é desprezível comparado ao volume total no qual o gás está contido. 3 as forças atrativas e repulsivas entre as moléculas de gás são desprezíveis. 4 energias pode ser transferia entre as moléculas durante colisões, mas a energia cinética média das moléculas de todos os gases tem a esma energia cinética media. 5 a energia cinética média das moléculas e proporcional a temperatura absoluta. Velocidade média quadrática (vmq), u, das moléculas a cada temperatura. Essa quantidade é a velocidade de uma molécula possuindo energia cinética media. A velocidade vmq não é exatamente a mesma coisa que velocidade média. A velocidade vmq é importante porque a cinética media das moléculas de gás, e, esta relacionada diretamente a u 2 .