Gases Introdução Lei de Boyle

Transcrição

1

2 Itrodução Nos gases, as forças de atração itermoleculares são fracas, que permitem um movimeto rápido e idepedete das moléculas. Por outro lado, seu comportameto é cotrolado pelo seu volume, pressão, temperatura e pelo úmero de mols. Quado um gás é itroduzido em um recipiete, as moléculas movem-se livremete detro deste, ocupado todo o volume. Uma vez que gases se misturam livremete us com os outros, se vários gases estiverem presetes uma mistura, o volume de cada compoete é o mesmo que o volume ocupado pela mistura toda.

3 Itrodução Lei de Boyle (66): "Sob temperatura costate, o produto da pressão e do volume de uma massa gasosa é costate. Qualquer aumeto de pressão produz uma dimiuição de volume e qualquer aumeto de volume produz uma dimiuição de pressão. O cohecimeto sobre as propriedades do estado gasoso, como pressão, temperatura e volume, torou-se mais fácil a determiação da massa de uma amostra de gás, uma vez que a pesagem direta ão é o método mais coveiete.

4 Expasibilidade, compressibilidade e desidade Os gases se expadem até ocupar todo o espaço dispoível (expasibilidade). Verificação com uma seriga de ijeção, vedada a parte da agulha: o êmbolo é comprimido, havedo redução do volume itero, o que comprova a compressibilidade; dimiuido a pressão sobre o êmbolo, o gás se expade. Outra característica otável de um gás é sua pequea desidade em relação aos sólidos e líquidos as mesmas codições de temperatura e pressão.

5

6

7 A variável pressão Coceito: Pressão atmosférica é a relação etre o peso de uma colua de ar, em certo local, e a área a qual esse peso está atuado. Matematicamete: F ode: P é a pressão P F é o peso da colua de ar A A é a área em cotato sob a colua atm = 760 mmhg = 760 torr =,03 bar =, Pa torr (torricelli) Pa (pascal)

8 Ligações químicas

9 Histórico: Um termômetro de mercúrio (63) idicava temperatura costate quado colocado em cotato com uma mistura de água e gelo em equilíbrio. Em 74, G. D. Fareheit determiou, com auxílio de um termômetro de mercúrio, a temperatura de ebulição de água líquida e seu vapor. A cohecida escala Celsius foi estabelecida em 740 e defiia 0 ºC para o gelo em fusão e 00 ºC para a água em ebulição (cetígrada). As equações que tratam das trasformações da fase gás são realizadas com valores de temperatura a escala termodiâmica ou Kelvi (K).

10 Trasformações: 0 0 T K T C 73,5 T C T K 73,5 0 0 T F T C, T F 3 T C 0 T F T K 73,5,8 3,8 0 T F 3 T K 73, 5,8

11 Exemplo : Coverta 37 ºC para a escala Fareheit. T T T 0 F T 0 C 0 F 37,8 0 F 98,6 0 F,8 3 3

12 As Leis das trasformações da fase gás:. A lei de Boyle (isotérmico): Para uma massa fixa de gás sob temperatura costate, o volume é iversamete proporcioal à pressão exercida sobre o gás. PV PV K

13 Gráficos para a lei de Boyle (curva isoterma):

14 Exemplo : Um mol de um gás está armazeado um frasco de vidro, cujo volume é V. Esse gás expade-se para um outro frasco, ligado ao primeiro, cujo volume é o dobro de V. Supodo que a expasão ocorra sob temperatura costate, qual é a pressão o iterior dos frascos quado ligados? PV P P 3 PV PV P 3V

15 As Leis das trasformações da fase gás:. A lei de Gay-Lussac (isobárica): Para uma massa fixa de gás sob pressão costate, a variação de volume é diretamete proporcioal à variação da temperatura absoluta. V T V T Observação: Em gases, é comum desigar a temperatura de 0 ºC e a pressão de atm como codições ormais de temperatura e pressão, CNTP. K

16 Gráficos para a lei de Gay-Lussac (curva isobárica):

17 Exemplo 3: Certa massa de gás ocupa um volume de 800 cm 3, a 3 ºC egativos, em um sistema com pressão costate. Qual a temperatura do gás, em graus Celsius, quado o volume assume o valor de,6 litros? V V 0,8L,6 L T T 50 K T T 500 K 7 0 C

18 As Leis das trasformações da fase gás: 3. A lei de Charles (isovolumétrica): A pressão e a temperatura absoluta de um gás são diretamete proporcioais quado o volume é matido costate. P T P T Combiado-se as equações relativas às leis de Boyle, Gay- Lussac e Charles, temos: P V T P V T K K Lei combiada dos gases

19 Exemplo 4: Um balão meteorológico é echido de gás e laçado de um local ode a temperatura é 7 ºC, e a pressão, 760 mmhg. O volume do balão é de 4x0 4 L. Calcule o volume do balão quado sua altitude for 30 quilômetros, sabedo que os istrumetos idicam pressão de 76 mmhg e temperatura de -50 ºC. P V T P V T 760mmHg K 4 L 76mmHg 3 V V, L

20 As Leis das trasformações da fase gás: 4. A lei de Avogadro: O volume de um gás qualquer, sob temperatura e pressão dadas, é diretamete proporcioal à quatidade de mols do gás. (adaptada e atualizada) V K

21 Gás ideal Sob codições ideais, um gás obedece a equação do gás ideal: PV K T Cosiderado, para um gás ideal, temperatura de 73 K, pressão de atm e volume de,4 L ( mol) podemos determiar o valor de K: K Equação de estado de um gás ideal: PV atm,4l K 0,08atm. L. mol. K 73K R T Equação de Clayperio

22

23 Exemplo 5: Um recipiete de aço, destiado a armazear gases, tem capacidade para 50 litros. No caso de ele coter gás itrogêio sob pressão de 00 atm e temperatura de 500 K, calcule a quatidade de mols e a massa de gás o iterior do recipiete. PV PV RT RT mols 0, m m M 6.83 g m 4mols 8g. mol

24 Pressões parciais para misturas gasosas: A pressão parcial de um gás em uma mistura é defiida como a pressão que o gás exerceria se ocupasse soziho o mesmo volume da mistura, as codições desta. Para uma mistura costituída de gases, a pressão parcial de cada compoete pode ser calculada com a equação de estado: P P P P t t i i i RT V P i RT V Lei de Dalto

25 Volumes parciais para misturas gasosas: A defiição de volume parcial é semelhate à defiição de pressão parcial. Cosiderado o volume parcial aquele que qualquer compoete da mistura dos gases ocuparia se estivesse soziho, as mesmas codições de temperatura e pressão em que se ecotra a mistura. Lei de Amagat t t i i i i V V P T R V V P T R V

26 Exemplo 6: Num recipiete fechado, com volume costate, que cotém mol de gás oxigêio à pressão de atm e a 7 C. Nesse recipiete são itroduzidos dois mols de gás hidrogêio, e a temperatura permaece costate. Supodo que ão haja reação etre os gases misturados, calcule: a) O volume do recipiete a temperatura da mistura. b) A pressão total o iterior do recipiete quado os gases estão misturados. c) A pressão parcial do gás hidrogêio à temperatura de mistura.

27 Exemplo 6: (resolução) a) Se o volume é costate, podemos calculá-lo quado este volume cotém somete o oxigêio: PV RT V 0, V 4,6L b) Se a pressão é atm quado o recipiete cotém um mol, pela lei de Dalto: P P atm mol Pt 3atm P P P 3mol t t t t t

28 Exemplo 6: (resolução) c) A pressão parcial do gás hidrogêio pode ser calculado também pela lei de Dalto: P P P mol P atm P P 3atm 3mol t t t t

29 Desidade dos gases: A desidade de um gás é uma propriedade sesível às variações de pressão e temperatura. A quatidade de mols é expressa em fução da massa molar do gás e da massa da amostra: m M Assim, temos: m M PV RT ou m V P M RT

30 Exemplo 7: A desidade de um gás é,43 g.l - as CNTP. Calcule a massa molar desse gás. m V P M RT,43 M 0,08 73 M 3g. mol

31 Gases reais: Para um gás ideal, a temperatura deve assumir valores elevados e a pressão, simultaeamete, valores reduzidos. Em codições diferetes destas, chamadas de codições reais, ão se pode aplicar pleamete a Equação declayperio. Em 843, va der Walls sugeriu modificações empíricas a equação, com o objetivo de obter resultados mais próximos dos registrados experimetalmete.

32 Gases reais: Modificação relativa ao volume: Cosiderado que cada molécula do gás teha um tamaho, é razoável supor que o volume dispoível ao movimeto das moléculas é o volume do recipiete que o cotém meos certo volume (b). Este volume deve correspoder ao volume da quatidade de moléculas de gás, quado liquefeito ou solidificado. P V b RT

33 Gases reais: Modificação relativa à pressão: As forças atrativas etre as moléculas de um gás real itesificam as colisões itermoleculares e reduzem as colisões com as paredes do recipiete, dimiuido a pressão do gás. Portato, a pressão deverá ser modificada em fução da cocetração do gás, pois quato maior a sua cocetração, maior será o úmero de colisões. Equação para um P a V b RT V gás real ou Equação de va P a V b R der Waals T V

34

35 Exemplo 8: Calcule a pressão exercida por mols de gás carbôico armazeados em um recipiete de litros, sob temperatura de 73 K. Cosidere a equação para gás ideal e para gases reais. Resolução: Para o gás ideal: PV RT P 0,08 73 P, 4atm Para o gás real: P a V b RT V P 3,6 P 9,8atm 0,049 0,08 73

36 FIM