Por Júlio César Lima Lira |
As propriedades dos gases são variáveis, ou seja, por haver determinados e específicos espaços entre seus constituintes (que podem aumentar ou diminuir) o volume, a densidade, a pressão, a viscosidade podem ser alterados. E, é dessa grande inconstância dos gases, que se deriva o estudo dos gases.
Estudo dos Gases
Por possuírem grande mobilidade, os gases são altamente difusos: tendem a preencher rapidamente todo e qualquer recipiente no qual está contido.
O estudo dos gases, em nível acadêmico de ensino médio, restringe-se aos gases ideais ou perfeitos, que são aqueles que apresentam proporção direta entre molaridade, volume, temperatura e pressão de um modo homogêneo e previsível.
Dentre todas as propriedades que os gases podem apresentar, seguem as mais usuais:
- Pressão: Somatória das forças que cada constituinte de um gás exerce sobre as paredes de um corpo, ou recipiente, em uma determinada área.
- Volume: Espaço ocupado por um gás em um determinado recipiente.
- Temperatura: Estado térmico de agitação das partículas de um gás.
E, a essas variáveis (sobre gases ideais) são apresentadas as seguintes fórmulas:
- Lei de Boyle-Mariotte -> PV = K
- Lei de Charles -> VT-¹ = K
- Lei de Gay-Lussac -> PT-¹ = K
Essas leis significam a constância dos gases perfeitos nas variáveis: pressão (P), volume (V) e temperatura (T); opondo-se aos gases reais, onde essas leis não se aplicam.
Obs.: T-1 = 1/T
Lei de Boyle-Mariotte
A primeira lei dos gases informa que o produto pressão-volume de um gás ideal é constante para certa temperatura e molaridade. Ou seja, mantendo-se a massa de gás e temperatura constantes, aumentando ou diminuindo-se a pressão (ou volume), aumenta-se ou diminui-se o volume (ou pressão) em uma relação diretamente proporcional.
Ex.: Se, a 1 atm de pressão, um gás apresenta 2 l de volume. A 2 atm de pressão, o mesmo gás terá 1 l de volume, de fato que: 1.2 = 2.1 = K
Lei de Charles
A segunda lei dos gases mostra que o produto entre o volume e o inverso da temperatura é constante para a mesma massa de gás e pressão. De modo que, se a uma temperatura de 298 K (ou 25°C), determinado gás possui 2l de volume, a 320 K o mesmo gás terá volume proporcional, de modo que:
2.298-1 = V.320-1
V = 320.2.298-1
V = 2,15 l
Ou seja, após aumentar a temperatura em 22K, o volume aumenta em 0,15 l.
Lei de Gay-Lussac
A última lei dos gases determina que o produto entre a pressão e o inverso da temperatura de um gás é constante para um dada massa e volume constantes.
Ex.: Se determinado gás a 298 K possui pressão igual a 3 atm, à 100 K essa pressão será igual a:
3.298-1 = P2.100-1
P2 = 3.100.298-1
P2 = 1,006 atm
Lei dos Gases Perfeitos e Equação de Clapeyron
Unificando-se as três leis dos gases ideiais, tem-se a lei dos gases perfeitos:
PV / T = K
E, ainda, adicionando a relação de Avogadro, onde a massa de um gás é proporcional à sua quantidade de matéria, tem-se:
PV / nT = R
E, a esse R foi dado a conotação de constante dos gases perfeitos, donde deriva a equação de Clapeyron:
PV = nRT
Sendo: P = pressão que o gás se encontra, em atm;
V = volume do recipiente onde o gás está contido, em l;
n = quantidade de matéria do gás, em mol;
R = constante dos gases perfeitos, em atm.l.mol-1.K-1;
T = temperatura do gás, em K.
Lei das pressões parciais de Dalton
A lei de Dalton diz que, em uma mistura gasosa em equilíbrio termodinâmico de temperatura com o meio, a soma das pressões parciais de cada gás constituinte é igual á pressão total do gás, de modo que:
PP = P1 + P2 +P3 +…+Pn
E, sendo P = nRTV-1 (pela equação de Clapeyron):
PP = (n1 + n2 + n3 +…+nn). RTV-1
Teoria Cinética básica dos Gases
A teoria cinética dos gases informa, basicamente, que todo que qualquer gás em determinadas condições de pressão e temperatura possuem a mesma energia cinética, ou seja:
Ec1 = Ec2 = Ec3 =…= Ecn
E, sendo Ec = (mv²)/2, quanto maior a massa de um gás, menor é a velocidade na qual ele se difunde, de modo a manter a mesma energia cinética de um gás mais leve e de velocidade de difusão maior.
A teoria cinética dos gases diz, ainda, que a energia interna de um gás é dada pela expressão:
A primeira equação é utilizada para gases monoatômicos, a segunda para gases diatômicos, e a terceira é geralmente utilizada para gases poliatômicos. Entretanto, cálculos mais complexos determinam coeficientes específicos para gases com atomicidade maior que 2.
Leia também:
Fontes:
MAHAN Bruce M., MYERS Rollie J. Química: um curso universitário, São Paulo – SP: Editora Edgard Blücher LTDA, 2005. 4ª tradução americana, 7ª reimpressão. 592 págs.
THEODORE L. Brown, H. EUGENE LeMay, BRUCE E. Bursten. Química: A ciência central, São Paulo – SP: Editora Prentice-Hall, 2005. 9ª Edição. 992 págs.
GUALTER José Biscuola, NEWTON Villas Boas, HELOU Ricardo Doca. Tópicos de Física 3: Eletricidade, Física moderna, Análise dimensional, São Paulo – SP: Editora Saraiva, 2007. 16ª Edição. 399 págs.
| Categorias: Físico-química | Exercícios | Imprimir | Recomendar | Link |