Massas e Volumes Iguais de Gases

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1 Massas e Volumes Iguais de Gases Pércio Augusto Mardini Farias Este documento tem nível de compartilhamento de acordo com a licença 3.0 do Creative Commons.

2 Introdução Em 1811 foi enunciado, por Avogadro, uma hipótese sobre volumes gasosos, posteriormente comprovada experimentalmente e conhecida como Princípio ou Lei de Avogadro, que diz: Volumes iguais de quaisquer gases, quando medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura, encerram o mesmo número de moléculas. Portanto, a relação das massas destes volumes iguais indicam diretamente a relação das massas das duas espécies moleculares. O Italiano Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro - Conte di Quaregna e Ceretto ( ), foi um dos precursores da físico-química e era também um físico, matemático, advogado e filósofo da natureza. A sua lei permite também dizer que A pressão de 1 atm e a temperatura de 273 K, 1 mol de qualquer gás ter o mesmo volume de 22,4 L ou O volume de um gás de massas atômicas e moleculares à partir das densidades dos gases. A partir de sua hipótese outros físicos determinaram o famoso número de Avogadro que é o número de moléculas em um mol de uma substância e é representado por N A com o valor de 6, x Efeito do empuxo O empuxo, E, ou força buoyant é o que faz com que balões de aniversário cheios de hélio e os balões de ar quente subam para o alto. Os balões de aniversário sobem porque a densidade do ar é maior a do gás hélio. A equação abaixo representa o empuxo nesta situação e é igual a diferença das densidades multiplicada pelo Volume, V, e pela aceleração da gravidade, g. E = (d ar - d hélio )Vg Sabendo que a densidade é igual a massa, m, pelo volume, podemos dizer que a massa do ar deslocado é: m = (d ar - d hélio )V Figura 1: Zepelin (balão de ar) E o empuxo (peso do ar deslocado) pode ser representado como: E = m. g. 1.

3 Vivemos numa atmosfera de ar e em geral não consideramos o seu efeito sobre as medidas. Quando um objeto é colocado em uma balança, sofre a ação de uma força de baixo para cima igual ao peso do ar por ele deslocado. Em geral deixamos de lado esse efeito porque ele é relativamente pequeno.mas nesta experiência das massas de volumes consideráveis e iguais de gases leves como N 2 e CO 2, este efeito do empuxo deve ser levado em consideração. Nesta experiência, a massas aparentes obtidas deverão ser corrigidas, porque na pesagem será considerado o efeito do empuxo que o saco plástico sofre quando colocado no prato da balança. Assim, dever-se-á acrescentar à massa aparente, a massa do ar deslocado. Para calcular a massa do ar deslocado devemos multiplicar a massa específica (densidade) do ar a temperatura e pressão ambiental pelo volume do saco plástico cheio de ar. massa do ar deslocado = (massa específica, g/l). (volume, L) Massa e Peso Deve ser lembrado também, que há uma distinção entre os conceitos de massa e peso. A massa de um corpo é a quantidade de matéria nele contida, é uma propriedade fundamental do corpo. Independe da sua posição com relação à Terra (m = dv). O peso é o efeito do campo gravitacional sobre a massa do corpo (ρ = dvg = mg). Figura 3: Balança analítica Figura 2: Astronauta As balanças analíticas são instrumentos exatos e precisos e são usadas na determinação de massas de um determinado corpo. Elas devem ser instaladas em bancadas sólidas sem possíveis vibrações. As balanças mais modernas não precisam ser calibradas periodicamente com massas padrões.. 2.

4 Experiência Parte I 1. Você receberá uma rolha com um conta-gotas de vidro introduzido no seu interior, um saco plástico e um elástico (Figura 4). Prenda o saco plástico em torno da extremidade mais larga da rolha. 2. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e expulse todo o ar do saco plástico alisando-o sobre a mesa. Recoloque a tampa de borracha e determine a massa deste conjunto com aproximação de 0,01g, ou seja um valor para a massa até a segunda casa decimal. 3. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e conecte o conjunto, por meio de um tubo também de borracha à uma fonte de gás nitrogênio (Figura 5 e Figura 6). Deixe que o saco fique completamente cheio. Segure o conjunto pela rolha e feche a válvula do manômetro. Retire o tubo de borracha do conta-gotas e deixe escapar o gás em excesso, mas não amasse o saco plástico, para que o gás dentro do saco fique à pressão atmosférica. A seguir recoloque a tampa de borracha no conta-gotas. 4. Determine, ainda com aproximação de 0,01g, a massa do conjunto que contém o gás a temperatura ambiente e a pressão atmosférica. (Figura 7) Experiência Parte I Imagens. 3.

5 Experiência Parte II Assegure-se de que o saco, a rolha e o conta-gotas estão vazios e secos. Repita as etapas 3 e 4, enchendo o conjunto com CO2. 3. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e conecte o conjunto, por meio de um tubo também de borracha à uma fonte de dióxido de carbono (Figura 8 e Figura 9). Deixe que o saco fique completamente cheio. Segure o conjunto pela rolha e feche a válvula do manômetro. Retire o tubo de borracha do conta-gotas e deixe escapar o gás em excesso, mas não amasse o saco plástico, para que o gás dentro do saco fique à pressão atmosférica. A seguir recoloque a tampa de borracha no contagotas. 4. Determine, ainda com aproximação de 0,01g, a massa do conjunto que contém o gás a temperatura ambiente e a pressão atmosférica. (Figura 10) Experiência Parte II Imagens. 4.

6 Experiência Parte III 1. Se o saco plástico contiver qualquer outro gás que não seja ar, remova-o. A seguir, introduza ar no saco, com auxílio de uma bomba. Procure obter o mesmo volume usado anteriormente com cada um dos gases, CO 2 e N Meça o volume de ar pela maneira indicada abaixo: Encha até o gargalo um frasco de vidro de aproximadamente 2 litros com água da torneira. Tampe-o com uma rolha e inverta-o dentro de um reservatório com água colocado na pia. Retire a rolha debaixo da água. 3. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e, no lugar dela coloque um tubo de borracha. 4. Introduza a outra extremidade deste tubo no gargalo do frasco invertido. As etapas 3 e 4 devem ser executadas rápido e cuidadosamente. 5. Comprima levemente o saco plástico, de maneira que o gás desloque a água do frasco (Figura 11). Finalmente alise o saco para remover todo o gás. 6. Com cuidado e atenção, dobre o tubo de borracha para fechá-lo e retirá-lo do reservatório com água. Coloque a rolha de volta no gargalo do frasco, para tampá-lo. Remova-o da água e coloque-o na bancada. 7. Você vai agora completar o volume de água que foi substituído pelo ar da seguinte forma: encha uma proveta de 1000mL com água. Transfira para o frasco a quantidade necessária para enche-lo de novo. Anote este valor que corresponde ao volume de ar deslocado, à temperatura ambiente e à pressão atmosférica. (Figura 12) A massa de ar deslocado é determinada usando-se este volume, em litros, e a massa específica (massa por unidade de volume) do ar seco a temperatura e a pressão verificada, em g.l -1 (g/l), conforme os dados da Tabela 1. Experiência Parte III Imagens. 5.

7 Massa específica Tabela 1: Massa específica do ar em g.l -1 (incerteza ± 0,01) a várias temperaturas e pressões. Questionário 1. Calcule as massas aparentes do nitrogênio e do dióxido de carbono nos sacos plásticos, subtraindo a massa do saco vazio da massa do saco com gás. 2. Calcule as massas reais do nitrogênio e do dióxido de carbono, somando às massas aparentes, a massa do ar deslocado. 3. Determine a densidade de cada gás (N 2 e CO 2 ) nas condições ambiente(d amb ). 4. Determine a densidade de cada um dos gases (N 2 e CO 2 ) nas CNTP (d CNTP ), empregando a relação( * ), derivada da lei dos gases ideais:. 6.

8 5. Comprove o Princípio de Avogadro através dos resultados obtidos na experiência.. 7.