Unidade 10 Estudo dos Gases. Introdução Equação dos gases Transformação Isotérmica Transformação Isobárica Transformação Isocórica Diagrama de Fases

Transcrição

1 Unidade 0 Estudo dos Gases Introdução Equação dos gases ransformação Isotérmica ransformação Isobárica ransformação Isocórica Diagrama de Fases

2 Introdução

3 Equação Geral dos Gases Na Química, aprendemos a chamada Equação de Clapeyron ( ), que relaciona as variáveis de estado de pressão (p), volume (V) e temperatura absoluta (), dos gases perfeitos. O conhecimento dessas três variáveis é indispensável para se determinar o estado do gás. Sua forma mais conhecida é p. V = n. R., sendo n o número de mols de partículas em certa massa de um gás e R a constante universal dos gases perfeitos. Reescrevendo a Equação de Clapeyron, temos: pv. = nr. Assim, para determinar massa de gás encerrada em um recipiente fechado (número de mols invariável), podemos concluir que o fator p. V apresenta resultado constante quaisquer que sejam os valores de pressão, volume e temperatura do gás perfeito.

4 Equação Geral dos Gases A essa conclusão, representada a seguir, damos o nome de Equação Geral dos Gases: pv. = cons tante Há quem imaginar um gás perfeito em dois estados diferentes: estado(p estado (p, V, V, ), ) p V =. p. V

5 Resolução de Atividades Página 3 e 4

6 ransformação Isotérmica Vamos considerar certa massa de um gás perfeito com volume V, pressão p e temperatura contida no interior de um cilindro com êmbolo móvel. Se mantivermos constante a temperatura (continua com o valor ) e deslocarmos o êmbolo para a direita de forma que o volume do gás aumente para V, sua pressão sofrerá variação e passará a valer p.

7 ransformação Isotérmica Aplicando a Lei dos Gases Perfeitos, podemos simplificar a temperatura que aparece em ambos os lados da equação: p p. V p. = V. V = p. V Visto que a temperatura permanece constante, essa transformação é denominada isotérmica. Em casos como esse, podemos notar que a pressão e o volume do gás variam de maneira inversamente proporcional. Assim, no exemplo analisado, como o volume aumentou, a pressão certamente diminui na mesma proporção.

8 ransformação Isotérmica Devido a estes fatos mencionados, em transformações isotérmicas, o diagrama da pressão em função do volume é sempre uma hipérbole.

9 ransformação Isobárica Vamos considerar novamente certa massa de um gás perfeito com volume V, pressão p e temperatura contida no interior de um cilindro com êmbolo móvel. Se aquecermos esse gás até uma temperatura, fornecendo calor para ele, e deixarmos o êmbolo se deslocar livremente, a pressão interna do sistema permanecerá constante (continuará com o valor p ), mas o volume aumentará até a valer V.

10 ransformação Isobárica Aplicando a Lei dos Gases Perfeitos, podemos simplificar a pressão p que aparece em ambos os lados da equação: p. V p. = V = V V Visto que a pressão permanece constante, essa transformação é denominada isobárica. Em casos, como esse, podemos notar que o volume e a temperatura do gás variam de maneira diretamente proporcional. Assim, no exemplo analisado, como a temperatura do gás aumentou, seu volume elevou-se na mesma proporção.

11 ransformação Isobárica Devido aos fatos mencionados, em transformaçõesisobáricas, o diagrama do volume em função da temperatura é sempre uma semirreta.

12 ransformação Isocórica Vamos considerar certa massa de um gás perfeito com volume V, pressão p e temperatura contida no interior de um cilindro. Se aquecermos esse gás até uma temperatura, fornecendo calor para ele, e deixarmos o êmbolo fixo em sua posição inicial (o volume do gás continuará com o valor V ), a pressão interna do sistema aumentará até passa a valer p.

13 ransformação Isocórica Aplicando a Lei dos Gases Perfeitos, podemos simplificar o volume V que aparece em ambos os lados da equação: p. V p. p = = V p Visto que o volume permanecerá constante, essa transformação é denominada isovolumétrica, isométrica ou isobárica. Em casos como esse, podemos notar que a pressão e a temperatura do gás variam de maneira diretamente proporcional. Assim, no exemplo analisado, como a temperatura do gás aumentou, sua pressão elevou-se na mesma proporção.

14 ransformação Isocórica Devido aos fatos mencionados, em transformações Isocóricas, o diagrama da pressão em função da temperatura é sempre um semirreta.

15 Resolução de Atividades Página 6-8

16 Diagrama de Fases Já vimos que uma substância pode se apresentar, principalmente, em quatro fases: sólidas, líquida, gasosa e plasma. Um tipo de gráfico denominado diagrama de fases permite-nos avaliar a influência que as variáveis de estado pressão e temperatura exercem sobre a fase em que uma substância se encontra.

17 Diagrama de Fases Basicamente, existem apenas dois grandes casos para os diagramas de fase: o das substâncias que se expandem na fusão e os das substâncias que se contraem na fusão.

18 Diagrama de Fases Nos diagramas anteriores, podemos notar a presença de três curvas que delimitam diferentes regiões no plano cartesiano.. Curva de fusão: situada entre as regiões de fase sólida e líquida É formada pelos pontos (pressão e temperatura) em que coexistem em equilíbrio as fases sólida e líquida da substância representada no gráfico.

19 Diagrama de Fases Para a maioria das substâncias que sofrem dilatação durante a fusão, aumento de pressão provoca aumento da temperatura de fusão. Para elas, podemos notar que a curva de fusão e crescente. Já para a água, bismuto, antinômio, ferro e prata, substâncias que sofrem contração durante a fusão, aumento de pressão provoca diminuição da temperatura de fusão. Neste caso, podemos perceber que a curva de fusão é decrescente.

20 Diagrama de Fases. Curva de vaporização: (situada entre as regiões de fase líquida e gasosa) É formada pelos pontos (pressão e temperatura) em que coexistem em equilíbrio as fases líquida e gasosa da substância representada no gráfico. Como para qualquer substância um aumente de pressão provoca também um aumente na temperatura de ebulição, podemos notar que o gráfico é sempre crescente.

21 Diagrama de Fases 3. Curva de ebulição: (situada entre as regiões de fase sólida e gasosa). É formada pelos pontos (pressão e temperatura) em que coexistem em equilíbrio as fases sólidas e gasosas da substância representada no gráfico. Como para qualquer substância um aumento de pressão provoca um aumento na temperatura de sublimação, podemos notar que essa curva é sempre crescente.

22 Diagrama de Fases 4. Ponto riplo () ambém denominado ponto tríplice, corresponde à intersecção das curvas de fusão, vaporização e sublimação. Como consequência, representa a temperatura e a pressão em que coexistem em equilíbrio as fases sólidas, líquidas e gasosas de uma substância.

23 Diagrama de Fases O ponto tríplice de algumas substâncias é mostrada na tabela a seguir:

24 Diagrama de Fases 5. Ponto crítico (C) É o ponto da curva de vaporização caracterizado pela temperatura acima da qual uma substância só pode existir na forma de gás.

25 Diagrama de Fases É importante, no entanto, notar quer o vapor e gás constituem a mesma fase da matéria de uma substância. A diferença principal entre eles é que o gás pode ser liquefeito por redução de temperatura à pressão constante, mas não somente por compressão isotérmica, Enquanto o vapor pode ser condensado por compressão à temperatura constante ou por resfriamento á pressão constante.

26 Diagrama de Fases O ponto crítico de algumas substâncias é mostrada na tabela abaixo:

27 Diagrama de Fases Pela distinção existente entre o gás e vapor, agora podemos estabelecer a diferença entre a liquefação e condensação termos usados para a mudança da fase gasosa para a fase liquído de uma substância. Gases sofrem liquefação Vapores sofrem condensação.

28 Você Sabia?

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