ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e volume molar

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1 ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e volume molar

2 As camadas na atmosfera são: Troposfera. Estratosfera. Mesosfera Termosfera Exosfera A variação da temperatura com a altitude permite definir 5 camadas. As zonas de fronteira tomam o nome de : Tropopausa Estratopausa Mesopausa Termopausa

3 Proximidade do Sol. Interação da radiação solar com os gases atmosféricos. Ocorrência de reações químicas entre espécies atmosféricas.

4 Maior altitude menor temperatura. A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície; O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio (mais denso) desce, num movimento vertical de convecção. As massas de ar podem também movimentar-se (horizontalmente) pela ação dos ventos. As temperaturas depende também da latitude e longitude. Diminui até cerca -60 ºC.

5 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 reação fortemente exotérmica: 2 O 3 + UV 3 O 2 + calor

6 A temperatura diminui 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

7 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 elétricos e magnéticos locais). A temperatura ( ºC) depende da atividade solar sendo maior durante o dia. Zona onde as ondas rádio se refletem voltando à Terra o que facilita as comunicações.

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

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10 A força gravítica atrai a massa gasosa da atmosfera para a Terra. A pressão atmosférica é a pressão exercida pelo peso de uma coluna de ar com a altura igual à da atmosfera e base de um metro quadrado. A pressão atmosférica diminui com a altitude. A pressão atmosférica normal é igual a 760 mm Hg (pressão a 0º C e ao nível das águas do mar).

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

12 Mole Volume Molar Massa Molar

13 O Comité de dados para a ciência e tecnologia publicou a última versão da CODATA (V.6) em denominada: 2010 CODATA. A CODATA recomenda para o volume molar de um gás ideal, nas CNTP (condições normais de temperatura e pressão) os valores: A PTN (273,15 K; Pa) O volume molar é: 22, ± 0, L mol -1

14 A IUPAC define Pressão Atmosférica Padrão como sendo Pa. A esta pressão atmosférica padrão corresponde o volume molar (padrão) : 22,71 L/mol. Nas CPTP (condições de pressão e temperatura padrão) (273,15 K; Pa) o volume molar é: = 22, ± 0, L mol -1

15 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 O número de partículas, N, presentes numa amostra é dado pela expressão: A massa de uma amostra é dada por: m = n x M m massa da amostra n quantidade de matéria M massa molar N = n x N A N número de partículas da amostra n quantidade de matéria N A constante de Avogadro O volume de uma amostra de gás a PTN é dado por: V = n x V m V volume da amostra n quantidade de matéria V m volume molar

20 Volume Molar (Vm) É o volume ocupado 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) O volume ocupado por um gás praticamente não depende do tipo de moléculas que o constituem, mas sim do seu número porque as moléculas de uma amostra no estado gasoso ocupam um espaço ínfimo quando comparado com o volume da amostra.

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) m massa da amostra n quantidade de matéria M massa molar

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 Volume e Densidade da água

28 Densidade do ar/ densidade da água H 2 O

29 Densidade de substâncias sólidas

30 Síntese: As grandezas mais usadas em química:

31 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.

32 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 a 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 milhões de toneladas de dióxido de carbono. Calcule o número de moléculas de dióxido de carbono a que corresponde essa emissão anual no nosso planeta.

33 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.

34 Exercício - 4 A fórmula molecular da sacarose, principal constituinte do açúcar, 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?

35 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.

36 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 unidades SI. b) Calcule o volume ocupado pelo conteúdo da garrafa nas condições PTN.