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Conceitos Gerais / Variáveis de Estado e Transformações Gasosas

Conceitos Gerais

Os gases são definidos como substâncias que possuem grande capacidade de expansão e compressão, estão em constante movimento e não possuem forma nem volume fixos. É importante lembrar que o volume de um gás é condicionado pelo volume do recipiente que o contém.

No estudo físico dos gases, vamos considera-los como sendo gases ideais, ou seja, formados por partículas de tamanhos desprezíveis com interações (entre partículas) também desprezíveis e com choques contra as paredes do recipiente 100% elásticos.

 

Variáveis do Estado Gasoso

O comportamento do estado gasoso é descrito por três variáveis: a pressão (P), a Temperatura (T) e o volume (V).

 

Pressão

A pressão é definida como sendo a força aplicada sobre unidade de área.

Para o sistema internacional (SI), a unidade de pressão é o Pascal (Pa), que equivale a Newton (N) por metro quadrado de área.

Utilizamos muito no estudo dos gases as pressões em milímetro de mercúrio (mmHg) e a atmosfera (atm).

 

Temperatura

A temperatura está relacionada diretamente com o grau de agitação das partículas. Quanto maior a temperatura, maior será o grau de agitação da mesmas (maior a velocidade média).

Obrigatoriamente devemos utilizar a temperatura na escala absoluta Kelvin (K).

 

Volume

O volume é uma grandeza tridimensional e é calculada de acordo com o recipiente.

Várias unidades de volume são utilizadas, dentre elas podemos citar o mililitro (mL), o litro (L), o metro cúbico (m3), entre outras.

É importante você saber as relações existentes entre as unidades de volume.

 

Transformações Gasosas

Nas transformações gasosas, uma variável é mantida constante enquanto outras duas sofrem variações. Estudaremos as transformações a temperatura constante (isotérmica), a pressão constante (isobárica) e a volume constante (isovolumétrica, isométrica ou isocórica).

Transformação Isotérmica

Mantendo-se a temperatura constante e variando o volume em relação a pressão, nota-se que pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais. Matematicamente, temos:

 

Transformação Isobárica

Na transformação isobárica, a pressão é mantida constante enquanto o volume e a temperatura variam. Nota-se neste caso que o aumento da temperatura causa um aumento do volume, ou seja, essas duas grandezas são diretamente proporcionais.

 

Transformação Isovolumétrica, Isométrica ou Isocórica

Neste caso o volume é mantido constante, variando-se a pressão e a temperatura. O aumento da temperatura leva ao aumento da pressão (grandezas diretamente proporcionais).

 

Equação Geral dos Gases

Somando as três equações das transformações gasosas, chegamos a equação geral dos gases:

Equação de Clapeyron

Nota-se que a razão da pressão pelo volume pela temperatura é proporcional ao número de mol de um gás:

A transformação desta proporcionalidade para uma igualdade é feita colocando uma constante, hoje conhecida como constante universal dos gases (R):

Atenção ao valor da constante (R):

Comparação Gasosa

Podemos fazer comparações entre dois gases em recipientes distintos utilizando a equação de Clapeyron. Para isto, basta fazer a relação (divisão) da equação de Clapeyron de um por outro.

Observe o exemplo abaixo. Nesta situação, podemos calcular a pressão do gás A pelos valores de volume, pressão e número de mol do gás B, sendo que os dois gases se encontram na mesma condição de temperatura.

 

Hipótese de Avogadro

A hipótese de Avogadro diz que:

Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de Pressão e Temperatura, contém igual número de mol de gases

Densidade

A densidade é a relação entre a massa de uma dada substância pelo volume ocupado.

Utilizando a equação de Clapeyron chegamos facilmente na equação da densidade de gases.

Efusão e Difusão

Efusão é capacidade de um gás passar através de um orifício.

Difusão é capacidade de espalhamento de um gás.

A velocidade de efusão e difusão é explicada pela lei de Graham: a velocidade de efusão/ difusão é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade de um gás.

Vale notar que a densidade de um gás é diretamente proporcional a sua massa molecular, ou seja, quanto mais “leve” é um gás, maior serão suas velocidades de difusão e efusão.

 

Lei de Graham

Misturas Gasosas

Numa mistura de gases ideais que não reagem entre si, a mistura se comporta como se fosse um gás único e obedece as leis dos gases estudadas.

 

Número de mols de uma mistura gasosa

Numa mistura gasosa, o número de mols da mistura é igual ao somatório do número de mol de cada um dos componentes desta mistura.

ntotal = n1 + n2 + n3 + ....

 

Pressão de uma mistura gasosa

A pressão da mistura gasosa, ou seja, a pressão total é a somatória das pressões individuais de cada um dos gases presentes.

ptotal = p1 + p2 + p3 + ...

 

Pressão Parcial de um gás

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

A pressão parcial de um gás pode ser calculada levando-se em consideração a fração molar deste gás.

 

Volume Parcial de um gás

O volume parcial de um gás é o volume que ele ocuparia se estivesse sozinho nas mesmas condições de pressão total e temperatura da mistura.

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