ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e grandezas associadas.

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1 ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e grandezas associadas.

2 As camadas na atmosfera são: Troposfera. Estratosfera. Mesosfera Termosfera Exosfera

3 As camadas na atmosfera são definidas a partir de pontos mínimos e máximos da variação da temperatura com a altitude. As zonas de fronteira tomam o nome de : Tropopausa. Estratopausa. Mesopausa Termopausa

4 Próximidade do Sol. Interacção da radiação solar com os gases atmosféricos. Ocorrência de reacções químicas entre espécies atmosféricas.

5 Quanto maior for a altitude menor é a temperatura. A variação de temperatura na troposfera é devida ao facto da superfície da Terra aquecer as camadas de ar mais próximas. O ar quente, menos denso, sobe, permitindo que camadas de ar frio desçam, num movimento vertical de convecção. As massas de ar podem também mover-se horizontalmente pela acção dos ventos. Depende também da latitude e longitude. Diminui até cerca -60 ºC. A diminuição da pressão com a altitude leva à expansão dos gases ascendentes e provoca o arrefecimento dos gases.

6 O aumento da temperatura, com a altitude, na estratosfera, está associado à absorção pelo ozono da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, evitando que os raios mais perigosos atinjam a Terra e protejam os seres vivos. O ozono, absorve as radiações UV-B ( nm), transformando-se em dioxigénio, sendo esta reacção fortemente exotérmica: 2 O 3 + UV 3 O 2 + calor

7 A temperatura dinimui com a altitude até ao valor mínimo de -90 ºC a 80 km. Esta variação é atribuída à diminuição da influência do ozono e ao afastamento da Terra que leva a uma progressiva rarefação e consequente arrefecimento. Dá-se a volatilização das estrelas cadentes, meteoritos

8 As moléculas existem dissociadas e ionizadas devido à radiação ultravioleta e ao vento solar. A elevada temperatura observada resulta do choque entre moléculas e iões (acelerados por campos eléctricos e magnéticos locais). A temperatura ( ºC) depende da actividade solar sendo maior durante o dia. Zona onde as ondas rádio se reflectem voltando à Terra o que facilita as comunicações.

9 A densidade da atmosfera é extremamente baixa. A atmosfera é constituida exclusivamente por alguns iões ( não existem moléculas gasosas neutras)

10 Como varia a pressão e a densidade com a altitude?

11 A massa gasosa que constitui a atmosfera é atraída para a Terra devido à força da gravidade. A pressão exercída pelo peso de uma coluna de ar com a altura igual à da atmosfera e base de um metro quadrado designa-se por pressão atmosférica. Diminuem à medida que a altitude aumenta. À temperatura de 0 ºC e ao nível das águas do mar, a pressão atmosférica normal é igual a 760 mm Hg.

12 A IUPAC define Pressão Atmosférica Padrão como sendo Pa. A esta pressão atmosférica padrão corresponde o volume molar (padrão) : 22,71 L/mol

13 À medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica (e a densidade da atmosfera) vai diminuindo. A 11 km é cerca de 25% da pressão atmosférica normal, mas na estratosfera é cerca de mil vezes menor.

14 Em 1811, formulou a hipótese sobre a composição molecular dos gases. Formou-se em ciências jurídicas, mas exerceu a advocacia por pouco tempo, dedicando-se como amador à matemática, à física e à química. Em 1809 tornouse professor de física e de matemática no Realli Collegio de Vercelli. Em 1811, com base nos estudos de Joseph-Louis Gay-Lussac, enunciou o extraordinário princípio de Avogadro: Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão, têm o mesmo número de moléculas. Lei de Avogadro

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19 Em vez de número de Avogadro, usa-se, de forma mais apropriada, a constante de Avogadro,, cuja unidade é, que significa número de entidades por mole.

20 Volume Molar (Vm) É o volume ococupado por uma mole de gás. Exprime-se em decímetros cúbicos por mole ou em litros por mole. O volume molar de qualquer gás nas condições PTN é sempre 22,4. Nesse volume existem moléculas.

21 Volume Molar (Vm) Normalmente, em condições de pressão e temperatura ambientais ou próximas destas, como acontece na troposfera, as moléculas de uma amostra no estado gasoso ocupam um espaço infimo quando comparado com o volume da amostra. Por isso, o volume ocupado por um gás praticamente não depende do tipo de moléculas que o constituem, mas sim do seu número.

22 Volume Molar (Vm) O facto do volume molar de um gás não depender do tipo de moléculas desse gás subentende duas afirmações: O volume das moléculas é desprezável quando comparado com o volume do gás. As moléculas do gás praticamente não interagem entre si (pois estão afastadas umas das outras).

23 Mole Substâncias Gasosas É fácil medir uma mole de moléculas de oxigénio? O oxigénio é um gás. Basta medir um volume de 22,4 L, nas condições PTN, e obtemos moléculas.

24 Mole Substâncias Sólidas e líquidas É fácil medir uma mole de moléculas destas substâncias? Não sabemos qual o volume molar! Como podemos medir a quantidade de matéria? Para dar resposta à questão temos que definir uma nova grandeza a massa molar

25 Massa Molar A massa molar (M) indica a massa (m) por unidade de quantidade de matéria, (n) e é expressa em gramas por mole (g/mol)

26 Massa Molar A massa molar diz-nos qual é a massa que corresponde a uma mole de determinada substância. Por exemplo: Como : e a

27 Densidade ar/ densidade da água

28 Variação da densidade da água com a temperatura

29 Densidade de substâncias sólidas

30 Síntese: A densidade dos gases é muito menor do que a dos líquidos e sólidos. Uma mole de moléculas de água no estado líquido ocupa 18 cm 3, mas o mesmo número de moléculas, no estado gasoso, à mesma temperatura, ocupa 22,4 dm 3, um volume cerca de 1244 vezes maior. Na mesosfera a densidade é cerca de 1000 vezes menor que na troposfera.

31 Síntese: As grandezas mais usadas em química:

32 Síntese: O número de partículas, N, presentes numa amostra é : N = n x N A A massa de uma amostra é: m = n x M O volume ocupado por uma amostra de um qualquer gás a PTN é: V = n x V m

33 Síntese: N número de partículas da amostra N constante de Avogadro A n quantidade de matéria m massa da amostra M massa molar V volume molar m V volume da amostra

34 Exercício - 1 Com base nas definições de quantidade de matéria e de volume molar, calcule: a) O número de moléculas existentes numa botija contendo 0,75 mol de dióxido de carbono. b) O volume ocupado por 20 mol de metano, CH 4, nas condições PTN. c) O número de átomos existentes em 2,4 litros de árgon? d) O número de moléculas de oxigénio existentes num balão cheio de ar, com o volume de 5 litros a PTN.

35 Exercício - 2 Os valores das massas molares dos elementos podem ser consultadas numa tabela que está no final do livro (são numericamente iguais às massas atómicas relativas). a) Calcule a massa molar de CO 2, N 2 e C 2 H 6 O. b) Calcule ma massa de N 2 que é necessário medir para obter 0,45 moles desta substância. c) Durante um ano, em média, são enviadas para a atmosfera cerca de 100 milhoes de toneladas de dióxido de carbono. Calcule o número de moléculas de dióxido de carbono a que corresponde essa emissão anual no nosso planeta.

36 Exercício - 3 Um depósito de gás, usado para armazenar etano, tem a capacidade de 250 litros. a) Qual é a quantidade de matéria de etano existente dentro do depósito nas condições PTN? Justifique a resposta com base na definição de volume molar, V m. b) Quantas moléculas de etano existem dentro do depósito? Justifique a resposta com cálculos.

37 Exercício - 4 A fórmula molecular da sacarose, principal constituinte do açucar, é C 12 H 22 O 11. a) Quantos átomos de cada elemento existem na referida molécula? b) Calcule a massa molecular relativa, M r, da sacarose. Qual é o significado deste número? c) Qual é a massa molar, M, da sacarose?

38 Exercício - 5 Uma lata de spray, mesmo depois de esgotada, ainda contém no seu interior 0,98 g de propano C 3 H 8, nas condições PTN. a) Qual é a quantidade de matéria de propano existente dentro da lata? b) Calcule o volume da lata, com base no volume molar, V m, nas condições PTN. c) Calcule a massa volúmica do propano nas condições de PTN.

39 Exercício - 6 Uma botija de gás contém as seguintes indicações: Capacidade 26,2 L Propano 11 kg Butano 13 kg Pressão de ensaio 2,94 MPa A pressão de ensaio é a pressão máxima a que a botija foi sujeita. a) Indique o valor da pressão de ensaio em uinidades SI. b) Calcule o volume ocupado pelo conteúdo da garrafa nas condições PTN.