Comportamento Físico dos Gases. Introdução ao Cálculo Químico. 01 Características do Estado Gasoso. 02 Grandezas Relacionadas ao Estudo dos Gases

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1 ] Introdução ao Cálculo Químico 01 Características do Estado Gasoso O estado gasoso é caracterizado por um alto grau de agitação molecular, tendo suas partículas bastante afastadas uma das outras. Os gases são muito menos densos que os sólidos e líquidos, isto é, em igualdade de massa os gases ocupam um volume muito maior. Os gases sempre se misturam entre si (grande difusibilidade). Os volumes dos gases variam muito com a temperatura e pressão. Na verdade o gás não tem forma nem volumes fixos e, para entendermos essas características, faz-se necessário inicialmente estudarmos as grandezas associadas ao estudo do estado gasoso Grandezas Relacionadas ao Estudo dos Gases 2.A O Mol A constante de Avogadro 6, dá origem à grandeza quantidade de matéria, cuja unidade é o mol. Segundo a IUPAC... Mol é a quantidade de matéria de um sistema que contem tantas entidades elementares quantos são os átomos contidos em 0,012 quilogramas de carbono 12. Quando se utiliza o mol, as entidades elementares devem ser especificadas, podendo ser átomos, moléculas, íons, elétrons, outras partículas ou grupamentos de tais partículas. (14 a CGPM 1971) Conferência Geral de Pesos e medidas 2.B Massa Molar (M) Um mol é a quantidade de matéria que contém 6, partículas Como já vimos, um mol é a quantidade de matéria de qualquer amostra de substância que contenha 6, partículas. A massa em gramas desse conjunto de partículas é chamada massa molar. Massa molar (M) é a massa, em gramas, de qualquer amostra de substância que contenha 6, partículas (átomos, moléculas, íons, etc.). Unidade de massa molar: g / mol 1

2 Exemplo: Suponha então que 6, átomos de magnésio estejam sobre uma balança conforme ilustração abaixo: 24 g 6, átomos de magnésio 1 mol de átomos de magnésio Massa de 6, átomos de magnésio Conclusões: A massa molar do magnésio é 24 g/mol. Nos textos de química essa informação é dada da seguinte forma: Mg = 24 g/mol Que significa dizer g de magnésio 1 mol de átomos de Mg 24g de magnésio 6, átomos de Mg 48 g de magnésio 2 mol de átomos de Mg 48g de magnésio 12, átomos de Mg...outro exemplo: A massa molar do gás carbônico, CO 2, corresponde a 44g/mol. Isso significa que: 44g de CO 2 1 mol de CO 2 ou 44g de CO 2 6, moléculas 88g de CO 2 2 mols de CO 2 ou 88g de CO 2 12, moléculas 2.C Quantidade de Matéria Gasosa (n) A medida da quantidade de matéria gasosa é dada através da quantidade de mols (do número de mols) de um gás contido em um certo sistema, ou seja... Existe mais ou menos gás onde há mais ou menos quantidade de mols Atenção: Em linguagem matemática, a quantidade de mols é expressa por... n = Entendendo a Medida da Quantidade de Matéria m MM massa qualquer massa molar Considerando as massas molares H 2 = 2 g/mol e CH 4 = 16 g/mol, observe os dois cilindros abaixo contendo iguais massas gasosas em um mesmo volume a uma mesma temperatura. Pergunta: 8g de H 2...para o H 2 2 g 1 mol 8 g n 8 n = 2 n = 4 mol de H 2 8g de CH 4...para o CH 4 16 g 1 mol 8 g n 8 n = 16 n = 0,5 mol de CH 4 Os dois cilindros apresentam a mesma quantidade de gás? Por que sim ou não? Muito embora exista a mesma massa de gases nos dois recipientes, 8 gramas, não existem as mesmas quantidades de gases porque as quantidades de mols não são iguais. Concluímos que existe mais gás hidrogênio porque... n H2 = 8 x n CH4 Não esqueça: A massa não é o critério para se identificar uma maior ou menor quantidade de gás. Importante é a quantidade de mols do gás 2

3 2.D Temperatura (T) moléculas. Conseqüência da agitação das partículas. Dessa forma entendemos que a temperatura de um gás é uma medida do grau de agitação de suas Unidades de Medida de Temperatura Em química: Kelvin = única escala de temperatura diretamente proporcional à agitação das partículas. No cotidiano: Celsius Conversão de Unidades: T K = T oc E Volume (V) Volume de um recipiente é a medida de sua capacidade. Considerando que o gás não apresenta volume fixo e adotando um recipiente fechado, vamos trabalhar com a seguinte idéia: O volume do gás é o volume do recipiente que o contém, ou seja, o gás se espalha por todo espaço que lhe é permitido ocupar. Volumes de Figuras espaciais Cubo paralelepípedo cilindro esfera a h h r a a V = a 3 Perguntas para debate: A base V = A base. h r V = 4. π. r 3 V = π. r 2. h 3 1 a ) Certa massa de gás hélio está armazenada em um cilindro fechado de capacidade 60 litros. Abrindo a válvula de escape do recipiente, ocorre o vazamento de metade da massa de gás. Qual o volume ocupado pelo gás que ainda restou no cilindro? Início V = 60 L As moléculas do gás se espalham por todo recipiente ocupando os 60 L. Final V = 60 L Após o vazamento, as moléculas que restaram do gás se espalham por todo recipiente e continuam ocupando os 60 L (Porém diminui a pressão do gás). 2 a ) Um recipiente fechado de capacidade para 20 litros contém 2 mols de O 2 e 8 mols de H 2. Qual dos dois gases ocupa maior volume dentro do recipiente? Os dois gases ocuparão o mesmo volume, ou seja, 20 litros. A diferença é que a pressão do H 2(g) será maior porque se encontra em maior quantidade dentro do recipiente. H 2(g) O 2(g) 8 mols 2 mols V do H 2 = V do O 2 Porém Pressão do H 2 > Pressão do O 2 3ª ) Suponha que uma certa massa gasosa esteja confinada em um recipiente de 20 litros com uma pressão P qualquer. Se essa mesma massa gasosa for transferida para um recipiente de 40 litros, qual será o volume ocupado? A pressão continuará a mesma? Início X gramas de gás V = 20 L Pressão = P Fim X gramas de gás V = 40 L Pressão = P/2 Porque quando o gás se espalha sua pressão diminui. 3

4 Principais Unidades de Medida de Volume No Sistema Internacional (SI): metro cúbico (m 3 ) = volume de um cubo de aresta 1 m 3. Nos argumentos químicos: Litro (L) e mililitro (ml) são as unidades mais comuns. X 1000 Conversão de Unidades: Litro mililitro m 3 Litro Não esqueça: 1 L = 1000 ml 1 ml = 1 cm 3 1 m 3 = 1000 L 2.F Densidade (d) do Gás em Recipiente Fechado Considerando um recipiente de volume fixo (indeformável) e fechado de forma a não permitir entrada ou saída de gás (ou seja, quantidade de mols de gás constante), a densidade do gás dependerá apenas do volume desse recipiente e da massa de gás nele contido. d = m V Unidades mais comuns: g/ml ou g/cm 3 ou Kg/L 2.G Pressão (P) aplicada. Fisicamente falando a pressão é definida como a razão entre a força (F) e a área (S) sobre a qual ela é Dessa forma entendemos que a proporção em que aumenta a agitação das moléculas do gás, também aumenta a sua pressão (desde que permaneça constante o volume ocupado elo gás). Unidades de Medida de Pressão Força F Área S Do ponto de vista químico a pressão é entendida como o resultado da intensidade das colisões das moléculas do gás contra as paredes do recipiente que o contém. Pressão = Nos argumentos químicos: Atmosferas (atm); milímetros de mercúrio (mmhg) No cotidiano: as pessoas confundem pressão com peso. F S Buumm!!! Conversão de Unidades: 1 Atm = 760 mmhg mmhg é uma forma de medir pressão que utiliza um tubo de vidro encurvado com uma das extremidades submersa em mercúrio. A pressão é medida pela altura da coluna de mercúrio que sobe pelo tubo de vidro. Quanto maior à pressão no ambiente, mais o mercúrio sobe pela coluna indicando o aumento de pressão. Ao nível do mar O mercúrio sobe pela coluna até uma altura de 760 mm Hg Esta medição indicará a pressão ao nível do mar, ou seja, 1 atm. 4

5 Pressão Atmosférica:.. P < 1 atmosfera P = 1 atmosfera Céu P > 1 atmosfera... Morro.. Praia.. Mar Comentários: Córrego Ao nível do mar a pressão da atmosfera sobre os corpos é denominada de 1 atm. Em regiões elevadas a pressão atmosférica é menor que ao nível do mar. Nessas regiões a concentração de gases, incluindo oxigênio, é menor que o normal ao nível do mar. Em regiões formadas por depressões que fiquem abaixo do nível do mar, a pressão atmosférica é maior que 1 atm. Observação 1 Relações Entre Pressão Interna e Pressão Externa P Interna = P Externa... o corpo está em equilíbrio e seu volume é constante. P Interna P Externa P Interna > P Externa... o volume do corpo tende a aumentar indefinidamente. P Interna < P Externa... o volume do corpo diminui. É como se o corpo fosse esmagado Observação 2 Relações Entre Pressão e Deslocamento de Massas Gasosas Pressão 1 Possíveis Pressão 2 deslocamentos Região 1 de massas gasosas Região 2 Se P 1 = P 2... O deslocamento dos gases ocorre igualmente de uma região para outra mantendo a pressão constante em ambas as regiões (é como se não houvesse deslocamento dos gases). Se P 1 > P 2... há deslocamento de gases da região 1 para região 2 Se P 1 < P 2... há deslocamento de gases da região 2 para região 1 Observação 3 Relação entre pressão e quantidade de mols A pressão não depende de qual é o gás, a pressão depende da quantidade de mols de gás existente no recipiente (considerando volume do recipiente e temperatura constantes). A pressão é diretamente proporcional a quantidade de mols de gás. 5

6 Exemplo: Um recipiente contém 64 g de anidrido sulfuroso (SO 2 ) e 64 g de metano (CH 4 ). Se a pressão total de gases no interior do recipiente é de 4 atm, determine suas pressões parciais. Dados: CH 4 = 16 g/mol e SO 2 = 64 g/mol SO 2 CH 4 Outra possível resolução... 64g 1 mol de SO 2 64g 4 mol de CH 4 Dessa forma... P SO = x atm 2 Então P CH = 4x atm As pressões não serão definidas pelas massas, mas sim pelas quantidades de mols dos gases. Dessa forma entendemos que a pressão do gás metano será maior... P CH = 4 x P 4 SO 2 Porque n CH = 4 x n SO P SO + P CH = 4 x + 4x = 4 5x = 4 x = 0,8 2 4 P total = 4 atm P SO 2 = 0,8 atm P CH = 3,2 atm 4...para o CH 4 4 atm 5 mol de gases P CH4 4 mol de CH 4 P CH4 = 3,2 atm...para o SO 2 4 atm 5 mol de gases P SO2 1 mol de SO 2 P SO2 = 0,8 atm 03 Hipótese de Avogadro Gases diferentes confinados em recipientes de mesmo volume à mesma temperatura apresentarão a mesma pressão apenas quando apresentarem a mesma quantidade de matéria (mesma quantidade de moléculas). Mesmo volume, temperatura e pressão = Mesma quantidade de mols. Exemplo: Considere dois recipientes A e B de mesmo volume contendo, respectivamente, 32g de SO 2 e certa massa de CH 4, ambos nas mesmas condições de temperatura e pressão. Determine a massa de metano no recipiente B. Dados: CH 4 = 16 g/mol e SO 2 = 64 g/mol A B 32g 0,5 mol de SO 2 Xg =? SO 2 CH 4 Se ambos apresentam mesmo Volume Temperatura Pressão...então ambos apresentam mesma quantidade de mols, ou seja, também teremos 0,5 mol de metano: m CH4 = 8g 6

7 04 Proporcionalidade Entre as Grandezas 4.A Grandezas Diretamente Proporcionais Em linguagem simplificada, quando uma grandeza X aumenta provocando aumento de mesma intensidade em outra grandeza Y ou quando as grandezas X e Y diminuem com a mesma proporção, diremos que as grandezas são diretamente proporcionais. Como exemplo podemos dizer que se X aumenta 10 vezes então Y também aumenta 10 vezes ou se X diminui 5 vezes, Y também diminui 5 vezes. Em linguagem matemática diremos que a razão entre X e Y é uma constante. Se X é diretamente proporcional a Y... 4.B Grandezas Inversamente Proporcionais Também em linguagem simplificada, quando uma grandeza X aumenta provocando diminuição de mesma intensidade em outra grandeza Y ou quando a grandeza X diminui gerando aumento de mesma proporção em Y, diremos que as grandezas são inversamente proporcionais. Como exemplo podemos dizer que se X aumentar 10 vezes então Y diminuirá 10 vezes ou se X diminuir 5 vezes, Y aumentará 5 vezes. Em linguagem matemática diremos que o produto entre X e Y é uma constante. X Y = K Se X é inversamente proporcional a Y... X. Y = K 05 Quando Há Variação da Quantidade de Mols 5.A Variação da Quantidade de mols e variação do Volume (Recipiente Fechado) Para pressão e temperatura constantes... Aumentando-se a quantidade de mols do gás = aumenta-se o volume. Diminuindo-se a quantidade de mols do gás = reduz-se o volume. início fim Conclusão: Quantidade de mols e volume são grandezas diretamente proporcionais. n 1 n = 2 V 1 V 2 No estado final o volume é duas vezes maior porque a quantidade de mols de gás final é o dobro da inicial 5.B Variação da Quantidade de mols e variação da Pressão (Recipiente Fechado) início Para volume e temperatura constantes... Aumentando-se a quantidade de mols do gás = aumenta-se a pressão. Diminuindo-se a quantidade de mols do gás = reduz-se a pressão. fim Conclusão: Quantidade de mols e pressão são grandezas diretamente proporcionais. n 1 n = 2 P 1 P 2 No estado final a pressão é duas vezes maior porque a quantidade de mols de gás final é o dobro da inicial 7

8 5.C Variação da Quantidade de mols e variação da Temperatura (Recipiente ABERTO) Em recipiente aberto com pressão constante... O aumento da temperatura = diminui a quantidade de mols de gás no recipiente. A redução da temperatura = aumenta a quantidade de mols de gás no recipiente. Conclusão: Quantidade de mols e temperatura são grandezas inversamente proporcionais. início fim n 1. T 1 = n 2. T 2 Pressupondo que a temperatura final seja o dobro da inicial, então a quantidade de gás final (que ainda resta no recipiente) é metade da quantidade de gás inicial. 06 Leis Físicas dos Gases Estão relacionadas com as transformações gasosas. Transformar o estado de um gás é modificar a pressão, temperatura ou volume do gás, quando não há variação da quantidade de mols. Dessa forma podemos destacar três importantes leis: 6.A Transformação Isotérmica (Temperatura = CTE) P Todos os pontos sobre a mesma curva apresentam a mesma temperatura e mesma energia cinética média T 1 Temperatura 1 > Temperatura 2 T 2 Pressão: P 1 Pressão: P 2 Volume: V 1 Volume: V 1 P 2 > P 1 V 2 < V 1 P e V são inversamente proporcionais V Lei de Boyle Mariott P 1. V 1 = P 2. V 2 6.B Transformação Isobárica (Pressão = CTE) V Todos os pontos sobre essa mesma diagonal terão a mesma pressão. T V V P 1 P 1 P 2 P 2 > P 1 P 2 P 2 > P 1 Temperatura: T 1 Temperatura: T 2 Volume: V 1 Volume: V 2 T Gay Lussac T T 2 > T 1 V 2 > V 1 T e V são diretamente proporcionais V 1 T 1 = V 2 T 2 8

9 6.C Transformação Isocórica, Isovolumétrica, Isométrica (Volume = CTE) P Todos os pontos sobre essa mesma diagonal terão o mesmo volume. T Baixa agitação molecular Alta agitação molecular P P V 1 V 1 V 2 V 2 > V 1 V 2 V 2 > V 1 Temperatura: T 1 Temperatura: T 2 Pressão: P 1 Pressão: P 2 T Lei de Charles T T 2 > T 1 P 2 > P 1 P e T são diretamente proporcionais P 1 T 1 = P 2 T 2 6.D Equação Geral dos Gases Está relacionada com as transformações onde há variação simultânea de volume, temperatura e pressão, mantendo-se constante a quantidade de matéria. P 1. V 1 T 1 = P 2. V 2 T 2 07 Volume Molar dos Gases (Volume de 1 mol de gás) Até 1982, a pressão padrão era tomada como uma atmosfera (1 atm ou Pa) e a temperatura como 0 C (273,15 K) e, portanto, o volume molar de um gás nas CNTP era 22,4 L/mol. A partir de 1982, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) alterou o valor da pressão padrão, de forma que as novas condições normais de temperatura e pressão são: t = 0 C ou T = 273,15 K e p = Pa = 1 ba As razões que levaram a IUPAC a alterar o valor da pressão padrão foram: valor numérico igual a 1 (1 x10 5 Pascals), compatibilidade com as unidades SI, produção de alterações muito pequenas nas tabelas de dados termodinâmicos e considerável simplificação dos cálculos, entre outros aspectos. 7.A Volume Molar do Gás nas CNTP Como o valor da pressão padrão foi reduzido de Pa para Pa, houve um conseqüente aumento no volume molar. O valor recomendado pela IUPAC, a partir de 1982, é: 1 mol de gás = 22,7 litros (CNTP) Perguntas: Considerando que a massa molar do gás de cozinha (butano) é 58 g/mol, determine: a) Qual o volume ocupado por 116g desse gás nas condições normais, considerando o volume molar 22,7 L/mol? 58 g 1 mol 116 g n n = 2 mol de gás butano 22,7 L 1 mol V 2 mol V = 45,4 L de gás butano b) Qual a massa e o número de moléculas de gás butano existente em um botijão de 11,2 litros submetidos à 760 mmhg e 273K, considerando o volume molar 22,4 L/mol? 22,4 L 1 mol 11,2 L n n = 0,5 mol de gás 58 g 1 mol m 0,5 mol m = 29 g de butano 6, moléculas 1 mol 9 X 0,5 mol X = 3, moléculas de butano

10 Testes dos Maiores Vestibulares de Pernambuco 001 (UFPE Vitória e Caruaru/2007.2) A matéria apresenta-se na natureza em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Estes estados possuem características distintas em relação à energia de suas partículas, bem como aspectos macroscópicos de forma e volume. É característica do estado gasoso: a) forma fixa e volume variável. c) forma e volume variáveis. e) alto estado de agregação. b) forma variável e volume fixo. d) forma e volume fixos. 002 (UFPE Serra Talhada/2007) A propriedade quantidade de matéria é a grandeza física que representa a quantidade de entidades elementares (átomos, moléculas, íons, etc.) de uma substância qualquer. Esta grandeza tem como unidade de medida o: a) grama. b) litro. c) coulomb. d) hertz. e) mol. 003 (UFPE 1 a fase/2000) Um vendedor de balões de gás na Praia de Boa Viagem, em Recife, utiliza um cilindro de 60 L de Hélio a 5 atm de pressão, para encher os balões. A temperatura do ar é 30 o C e o cilindro está em um local bem ventilado e na sombra. No momento em que o vendedor não conseguir encher mais nenhum balão, qual o volume e a pressão do gás Hélio restante no cilindro? a) V = 0 L; P = 0 atm c) V = 60 L; P = 1 atm e) V = 60 L; P = 0 atm b) V = 22,4 L; P = 1 atm d) V = 10 L; P = 5 atm 004 (UFPE 2 a fase/99) Uma lata de spray qualquer foi utilizada até não mais liberar seu conteúdo. Neste momento podemos dizer: I II 0 0 A pressão de gases no interior da lata é zero. 1 1 A pressão de gases no interior da lata é igual à pressão atmosférica. 2 2 Existe vácuo no interior da lata. 3 3 Ao aquecermos a lata a pressão no seu interior não varia. 4 4 Ao aquecermos a lata e pressionarmos sua válvula, gases sairão novamente da mesma. 005 (UPE Quí. I/2005) Coloca-se uma esponja de aço umedecida dentro de um cilindro provido de um êmbolo móvel que se desloca sem atrito, à temperatura ambiente. A pressão interna do cilindro é originada pela presença de ar atmosférico (N 2 e O 2 ) e é igual à pressão externa. Observa-se o sistema em laboratório, durante o tempo necessário, para que se conclua e verifique se ocorreu ou não reação química no interior do cilindro. P ext N 2 É de se esperar que, ao término da experiência, O 2 Esponja de aço umedecida a) o êmbolo desloque-se para baixo, em função da diminuição da pressão interna no interior do cilindro. b) o êmbolo permaneça imóvel, pois não ocorre variação da pressão interna do cilindro. c) o êmbolo desloque-se para cima, em função do aumento de pressão interna no interior do cilindro, decorrente da presença da esponja de aço. d) a esponja de aço absorva todo nitrogênio existente no interior do cilindro, reduzindo, portanto, a pressão interna. e) o N 2 e O 2 reajam entre si, formando um óxido ácido que, ao interagir com a água impregnada na esponja de aço, forma o ácido nítrico, corroendo toda a esponja de aço. 10

11 pressão pressão pressão pressão pressão 006 (UFPE 1 a fase/2002) Em um recipiente fechado de volume constante, contendo 0,5 mol de CO 2 e 0,2 mol de NO 2, adiciona-se N 2 até completar 0,3 mol. Identifique, dentre os gráficos abaixo, o que melhor representa o que acontece com as pressões total e parciais no interior do recipiente durante a adição do nitrogênio. a) pressão total b) c) pressão total pressão total pressão de CO 2 pressão de CO 2 pressão de NO 2 pressão de NO 2 pressão de N2 pressão de NO 2 pressão de N2 pressão de CO 2 pressão de N 2 tempo de adição tempo de adição tempo de adição d) pressão total e) pressão total pressão de N 2 pressão de CO 2 pressão de N 2 pressão de NO 2 pressão de CO 2 pressão de NO 2 tempo de adição tempo de adição 007 (UFPE 1 a fase/2001) Admitindo-se que o desempenho físico dos jogadores de futebol esteja unicamente relacionado com a concentração de oxi-hemoglobina no sangue, representada por Hb-O 2 (sangue), a qual é determinada, simplificadamente, pelo equilíbrio: Hemoglobina (sangue) + O 2 (g) Hb-O 2(sangue), e considerando-se que as frações molares dos dois principais constituintes da atmosfera, N 2 e O 2, são constantes, qual das alternativas abaixo explica a diferença no desempenho físico dos jogadores quando jogam em Recife, PE, e em La Paz na Bolívia? Dados: altitude do Recife 0 m e altitude de La Paz 3600 m. a) A pressão parcial de oxigênio em La Paz é maior que em Recife; portanto o desempenho dos jogadores em La Paz deve ser pior do que em Recife. b) A pressão parcial de oxigênio em La Paz é menor que em Recife; portanto o desempenho dos jogadores em La Paz deve ser pior do que em Recife. c) A pressão parcial de oxigênio em La Paz é igual a de Recife; portanto o desempenho dos jogadores em La Paz deve ser pior do que em Recife. d) A pressão parcial de oxigênio em La Paz é menor que em Recife; portanto o desempenho dos jogadores em La Paz deve ser melhor do que em Recife. e) A pressão parcial de oxigênio em La Paz é igual à de Recife; portanto o desempenho dos jogadores em La Paz e em Recife deve ser o mesmo. 008 (UFPE 2 a fase/99) Dois recipientes encontram-se ligados por uma válvula inicialmente fechada, como mostra a figura abaixo. No recipiente menor, com volume de 1, encontra-se gás carbônico na pressão de 1 atm. No recipiente maior, com volume de 3, encontra-se oxigênio na pressão de 6 atm. Considerando que a válvula é aberta e os dois gases se misturam, ocupando o volume dos dois recipientes, podemos afirmar: I II 0 0 A pressão parcial de gás carbônico será 0,25 atm. 1 1 A pressão parcial de oxigênio será 4,5 atm. 2 2 A pressão total no interior do recipiente será 4,75 atm. 3 3 A pressão total no interior do recipiente será de 7atm. 4 4 A pressão no interior do recipiente maior será menor que a pressão no interior do recipiente menor. 11

12 009 (UFPE 1 a fase/94) O ar é uma solução gasosa contendo 20%, aproximadamente, de oxigênio. Em um recipiente com 5 atmosferas de ar, qual a pressão parcial do gás oxigênio? a) 0,2 b) 0,8 c) 1 d) 2 e) (UFPE 2 a fase/95) Uma certa quantidade de gás ideal ocupa 30 litros à pressão de 2 atm e à temperatura de 300K. Que volume passará a ocupar se a temperatura e a pressão tiverem seus valores dobrados? 011 (UNIVASF/2006 Prova de Física) Na fase de compressão de um motor a gasolina, o pistão comprime a mistura ar + combustível, no interior do cilindro, de modo que o volume reduz-se para 1/10 do volume inicial e a pressão aumenta para cerca de 15 vezes a pressão inicial. Supondo que, no início da compressão, a temperatura no interior do cilindro é de 300 K, qual a temperatura da mistura no fim da compressão? (Trate a mistura ar + combustível como um gás ideal.) a) 320 K b) 400 K c) 450 K d) 500 K e) 600 K 012 (UFPE 2 a fase/94) Um mol de gás ideal nas CNTP ocupa 22,4 litros. Qual o volume em litros, ocupado por uma mistura contendo dois mols de nitrogênio, dois mols de oxigênio e um mol de gás carbônico quando a pressão é duplicada a temperatura constante? 013 (FESP UPE/94) Considere dois recipientes de iguais volumes contendo gases submetidos às mesmas condições de temperatura e pressão. No primeiro, há 11,0 g de um gás A e no segundo recipiente há 1, moléculas de um gás B. Há quantos gramas do gás A em 67,2 litros medidos nas CNTP? a) 132,0 g b) 11,0 g c) 44,0 g d) 88,0 g e) 8,9 g 014 (UFPE 2 a fase/1997: Prova de Física II) Um balão de vidro, de volume V = 1 litro e contendo hélio a uma pressão de 1 atm, é ligado por um tubo fino a um outro balão idêntico que contém o mesmo gás a 5 atm e à mesma temperatura. Determine o valor em atmosferas da pressão em cada um dos balões alguns minutos após a válvula de conexão S ter sido aberta, se a temperatura for mantida constante durante todo processo. He P 1 = 1 atm S He P 2 = 5 atm 015 (UFPE 2ª fase/2009) Gases, líquidos e sólidos exemplificam estados físicos da matéria e o conhecimento adequado das propriedades destes estados, permite afirmar que: I II 0 0 um gás tende a ocupar o volume total do recipiente que o contém. 1 1 a solubilidade de um gás em um líquido depende da pressão parcial exercida por esse gás sobre o líquido. 2 2 bolhas de gás tendem a elevar-se no interior de um líquido e crescem à medida que se deslocam para alcançar a superfície. 3 3 substâncias no estado sólido sempre têm densidade maior do que no estado líquido. 4 4 em um sistema constituído por dois gases, o gás com maior massa molar exerce a maior pressão parcial. 016 (UFPE 2 a fase/98) Em determinadas condições de temperatura e pressão, 10 litros de hidrogênio gasoso, H 2, pesam 1,0 g. Qual seria o peso de 10 litros de hélio, He, nas mesmas condições? (Dados: H = 1 u; He = 4 u) 12

13 017 (UFPE 2 a fase) Em dois botijões de gás, A e B, de mesmo volume, contendo respectivamente hidrogênio e hélio à mesma temperatura, verifica-se que as massas são iguais. Em relação a esta experiência analise as alternativas verdadeiras e as falsas. (Dados H 2 = 2 g/mol e He = 4 g/mol) I II 0 0 A pressão no botijão A é igual à pressão no botijão B. 1 1 A pressão no botijão A é duas vezes maior do que a pressão no botijão B. 2 2 A pressão no botijão A é a metade da pressão no botijão B. 3 3 O número de mols do gás hidrogênio é duas vezes o número de mols do gás hélio. 4 4 O número de mols do gás hidrogênio é idêntico ao número de mols do gás hélio. 018 (UFPE 2 a fase/2011) Massas iguais de metano, CH4, e hexa-fluoreto de enxofre, SF6, foram introduzidas em recipientes separados, de iguais volumes, à mesma temperatura. A massa molar do hexa-fluoreto de enxofre é maior do que a massa molar do metano. Na tentativa de descrever corretamente a relação de comportamento dos dois gases armazenados nos respectivos recipientes, admitindo-se comportamento ideal, podemos afirmar que: I II 0 0 ambos os recipientes contêm o mesmo número de moléculas. 1 1 as pressões exercidas pelos gases nos dois recipientes são diferentes. 2 2 as quantidades de matéria dos dois gases nos recipientes são diferentes. 3 3 as massas molares dos dois gases, a uma dada temperatura e pressão, são iguais. 4 4 os volumes molares dos dois gases, a uma dada temperatura e pressão, são iguais. 019 (UFPE 1 a fase/2005) Dois recipientes contendo diferentes gases que não reagem entre si, são interligados através de uma válvula. Sabendo-se que: 1) Não há variação de temperatura, 2) A pressão inicial do gás A é o triplo da pressão inicial do gás B, 3) O volume do frasco A é o dobro do frasco B, Qual será a pressão do sistema (frasco A + B) quando a válvula for aberta? a) O dobro da pressão do frasco B c) 5/3 da pressão do frasco B e) 1/3 da pressão do frasco A b) 7/3 da pressão do frasco B d) 2/3 da pressão do frasco A 020 (UFPE 2 a fase/93) Quantos litros de oxigênio são liberados na atmosfera, a temperatura constante e ao nível do mar, por um balão de 22 litros, contendo este gás a uma pressão de 3,5 atmosferas? 021 (UNICAP Qui. II/96) A que temperatura, em graus Celcius, devemos aquecer um frasco aberto, inicialmente a 27,4 o C, para que 20% do gás nele contido escape? Resoluções e Comentários 13

14 08 Idealidade do Gás Nas condições padrão (25 o C e 1 atm) todo gás tende, espontaneamente, a se expandir indefinidamente. Quando uma massa gasosa obedece a esse princípio dizemos que se trata de um gás ideal. Gás Ideal tem forma variável O gás adota a forma do recipiente que o contém. tem volume variável O volume do gás é o volume do recipiente que o contém. não há força de atração entre as moléculas Quanto menor for a interação entre as moléculas, maior é a idealidade do gás. as colisões entre suas moléculas são Quanto menor a perda de energia cinética durante as colisões perfeitamente elásticas intermoleculares, mais ideal é o gás. Conclusões: Gases formados por moléculas apolares apresentam comportamento mais ideal que os gases compostos por moléculas polares. + + Forte atração Dificuldade para se afastar Baixa idealidade gasosa Fraca atração facilidade para se afastar Alta idealidade gasosa Em temperaturas mais altas os gases são mais ideais. Isso ocorre porque em temperaturas elevadas, o volume ocupado pelo gás é bastante maior. Dessa forma as moléculas se encontram mais afastadas, diminuindo as forças de atração entre as moléculas. Em pressões mais baixas os gases são mais ideais. Isso ocorre porque em pressões baixas, o volume ocupado pelo gás é bastante maior. Dessa forma as moléculas se encontram mais afastadas, diminuindo as forças de atração entre as moléculas. Gases com pequenas massas moleculares são mais ideais. Isso ocorre porque, a uma mesma temperatura, gases mais leves apresentam maior agitação molecular que os gases mais pesados. O gás é mais ideal à medida que é maior o seu estado de agitação molecular. 09 Equação de Clapeyron ou Equação do Estado Gasoso Permite relacionar o volume, a pressão e a temperatura de uma determinada quantidade de mols de gás rigorosamente ideal. P. V = n. R. T P = Pressão em atm ou mmhg V = Volume em litros n = Quantidade de mols n = T = Temperatura em Kelvin (T K = T oc + 273) R = Constante universal dos gases R = 0,082 atm. L / mol. K (para pressão em atm) R = 62,3 mmhg. L / mol. K (para pressão em mmhg) m M 14

15 Demonstração: 1 mol de gás nas CNTP Partindo-se da equação geral dos gases e considerando 1 mol de gás inicialmente nas CNTP... P 1. V 1 T 1 = P 2. V 2 T ,4 273 = P 2. V 2 T 2 0,082 0,082 R = P 2. V 2 T 2 R = P. V T P. V = R. T Para 1 mol de gás Para n mols de gás em quaisquer condições de pressão, volume e temperatura... P. V = n. R. T Um gás será considerado ideal quando obedecer rigorosamente à equação de Clapeyron. 022 (UFPE 2 a fase/97) Um gás ideal é aquele que não apresenta interações entre suas partículas (átomos ou moléculas) e cujas partículas possuem dimensões desprezíveis. Esta idealidade pode ser atingida somente sob certas condições experimentais. Como base nestes comentários analise as afirmativas abaixo: I II 0 0 À temperatura ambiente, o oxigênio gasoso a 0,01 atm de pressão se comporta menos idealmente que a 10 atm de pressão. 1 1 Nas mesmas condições de temperatura e pressão o hidrogênio deve se comportar mais idealmente que o cloro. 2 2 Numa mesma pressão, um mesmo gás deve ser mais ideal quanto maior for sua temperatura. 3 3 Moléculas polares devem se comportar mais idealmente do que moléculas apolares. 4 4 Moléculas de água devem se comportar menos idealmente que moléculas de dióxido de carbono. 023 (UFPE 1ª fase/2009) As propriedades físicas de um gás ideal são descritas por quatro parâmetros (quantidade de matéria, n; temperatura, T; pressão, P; volume, V). Estes quatro parâmetros não são independentes, e as relações entre eles estão explicitadas na equação de estado do gás ideal, PV = nrt. Qual das afirmações a seguir, relacionadas à equação citada, é incorreta? a) Um gás ideal é definido como aquele que obedeceria rigorosamente à equação de estado PV = nrt. b) Em certas circunstâncias, gases reais comportam-se, aproximadamente, segundo o modelo de um gás ideal. c) O valor numérico da constante R depende das unidades de P, V, n e T. d) O parâmetro P, na equação PV = nrt, é definido necessariamente pela pressão externa exercida sobre o sistema. e) A pressão osmótica de uma solução diluída-ideal, π, é calculada com o uso de uma equação análoga a PV = nrt. 024 (UFPE 1 a fase/2005: Prova de física) Uma panela de pressão com volume interno de 3,0 litros e contendo 1,0 litro de água é levada ao fogo. No equilíbrio térmico, a quantidade de vapor de água que preenche o espaço restante é de 0,2 mol. A válvula de segurança da panela vem ajustada para que a pressão interna não ultrapasse 4,1 atm. Considerando o vapor de água como um gás ideal e desprezando o pequeno volume de água que se transformou em vapor, calcule a temperatura, em 10 2 K, atingida dentro da panela. a) 4,0 b) 4,2 c) 4,5 d) 4,7 e) 5,0 15

16 025 (UPE Quí. II/2004) Um tanque, contendo gás butano a 227 o C com capacidade de 4,10 m 3, sofre um vazamento ocasionado por defeito em uma das válvulas de segurança. Procedimentos posteriores confirmaram uma variação de pressão na ordem de 1,5 atm. Admitindo-se que a temperatura do tanque não variou, pode-se afirmar que a massa perdida de butano, em kg, foi: (Dado: C 4 H 10 = 58 g/mol) a) 8,7 b) 2,9 c) 15,0 d) 0,33 e) 330,3 026 (UPE Quí. II/2007) A variação de pressão interna constatada em um botijão de gás de cozinha, a 27ºC, por ocasião da preparação de uma dobradinha por uma dona de casa, é igual a 2,46 atm. (Admita que a temperatura e a capacidade do botijão permanecem constantes e que todo calor produzido pela combustão do butano foi utilizado na preparação da dobradinha). Dados: ma(c) = 12u, ma (H) = 1u, R = 0,082L.atm/mol.K Calor de combustão do butano = 693 kcal/mol Sabendo-se que a capacidade do botijão é 20,0L e que o gás nele contido é o butano, é correto afirmar que a) A preparação da dobradinha consumiu 174,0g de gás butano. b) A quantidade de calor necessária para a preparação da dobradinha é igual a 2.079kcal. c) A massa do butano utilizada na combustão para a preparação da dobradinha é igual a 116,0g. d) Foram queimadas 1,806 x moléculas de butano para a preparação da dobradinha. e) Apenas 0,25 mol de butano foi necessário para a preparação da dobradinha. 027 (Vestibular Seriado 2º ano UPE/2009) Um tanque de cm 3 contém gás metano, CH 4, submetido a 27ºC. Constatou-se que ocorreu um vazamento de gás em uma das válvulas do tanque, ocasionando uma variação de 4 atm. Em relação ao gás metano que escapou do tanque, é CORRETO afirmar que Dados: ma( C ) = 12u, ma( H ) = 1u, R = 0,082 L.atm/mol.k ΔH(combustão do CH 4 ) = 212 kcal/mol a) a massa do gás liberada para a atmosfera corresponde a 32,0g do gás. b) a combustão total de toda a massa de gás que escapou para a atmosfera libera 848,0kcal. c) foram liberadas para a atmosfera 1,806 x moléculas de metano. d) foram liberados para a atmosfera três mols de moléculas de metano. e) o gás liberado para a atmosfera, se confinado em um recipiente de 100,0L, a 27ºC, exercerá uma pressão de 6,0atm. 028 (UNICAP Qui. I/94) Em um recipiente de volume X, encontramos 0,4 g de He (g) e 0,4 g de CH 4(g), a uma temperatura W. (Dados: H = 1 u; He = 4 u; C = 12 u) I II 0 0 O número de moléculas de He e CH 4 são iguais. 1 1 A pressão exercida pelo He é igual à exercida pelo CH A pressão total no recipiente é a soma das pressões de He e CH Se o gás He for retirado do recipiente, a pressão final se reduzirá à metade. 4 4 Se W for 0 o C e a pressão total 1 atm, o volume x será 5,6 litros. 029 (UNICAP Qui. II/2002) Numa garrafa PET de 2 L, vazia e aberta ao nível do mar, foram colocados 22g de gelo seco e, em seguida, fechada. Admitindo-se o recipiente indeformável e a temperatura estabilizada em 27 o C, qual a pressão total dentro da garrafa, após total transformação do gelo seco? (Massas molares em g/mol: C = 12 e O = 16) I II 0 0 A pressão no interior da garrafa é de 6,15 atm. 1 1 Como o gelo seco não sublima, a pressão é desprezível. 2 2 A pressão no interior da garrafa é de 1 atm. 3 3 A pressão no interior da garrafa é de7,15 atm. 4 4 A pressão no interior da garrafa é de 6,15 atm (resultante da transformação do gelo seco) + 1atm 16

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