Estudo dos Gases Teoria cinética dos gases Volume, Pressão e Temperatura de um gás Gás ideal Gás Real Lei de Boyle e lei de Charles e Gay-Lussac Equação geral dos gases perfeitos Transformações isotérmica, isobárica e isocórica CNTP Volume molar de um gás Equação de Clapeyron Densidade de um gás Mistura Gasosa: Pressão Parcial e Volume Parcial Efusão e difusão de gases - Lei de Graham 1- Teoria cinética dos gases Características de uma substância no estado gasoso - Não tem forma e nem volume próprios. Um gás tem a forma do recipiente onde está contido e ocupa todo o espaço limitado pelas paredes do recipiente. O volume de um gás é o volume do recipiente onde está contido. Modelo do estado gasoso (teoria cinética dos gases) - Um gás é constituído por moléculas isoladas, separadas umas das outras por grandes espaços vazios em relação ao seu tamanho e em contínuo movimento de translação, rotação e vibração. 2- Volume, Pressão, Temperatura de um gás I. Volume O volume de qualquer substância é o espaço ocupado por esta substância. No caso dos gases, o volume de uma dada amostra é igual ao volume do recipiente que a contém. II. Temperatura É a medida do grau de agitação térmica das partículas que constituem uma substância. No estudo dos gases, é utilizada a escala absoluta ou Kelvin (K) e, no Brasil, a escala usual é a Celsius ou centígrada (°C). Portanto, para transformar graus Celsius (t) em Kelvin, temos: III. Pressão A pressão é definida como força por unidade de área. No estado gasoso, a pressão é o resultado do choque de suas moléculas contra as paredes do recipiente que as contém. 3- Gás Ideal ou Perfeito Gás ideal ou gás perfeito - É um modelo teórico. É um gás que obedece às equações P·V/T = k e P·V = n·R·T, com exatidão matemática. 4- Gás Real Não segue o comportamento do gás ideal, principalmente em pressões muito altas e/ou em temperaturas baixas, porque ocorre alta redução de volume e as partículas, muito próximas, passam a interferir umas no movimento das outras. Um gás real aproxima-se do comportamento de um gás ideal à medida que diminui a pressão e aumenta a temperatura. 5- Lei de Boyle e lei de Charles e Gay-Lussac Lei de Boyle - A temperatura constante, o volume ocupado por uma quantidade fixa de um gás é inversamente proporcional à sua pressão. P·V = k = constante Lei de Charles e Gay-Lussac - A volume constante, a pressão de uma massa fixa de um gás varia linearmente com a temperatura do gás em graus Celsius. A pressão constante, o volume de uma massa fixa de um gás varia linearmente com a temperatura do gás em graus Celsius. Com a introdução da escala absoluta, as leis de Charles e Gay-Lussac foram assim enunciadas: A volume constante, a pressão de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. A pressão constante, o volume de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. 6- Equação geral dos gases perfeitos P·V —— T = k ou P1·V1 ——— T1 = P2·V2 ——— T2 (número de mols constante) É possível o gás passar por um estado intermediário (3), observe o diagrama: (1) ® (2) ® (3) Desta forma teremos: A Lei de Boyle e Charles aplica: Se multiplicar parte por parte 7- Transformações Isotérmica, Isobárica e Isovolumétrica ISOBÁRICA (p1 = p2) V1 —— T1 = V2 —— T2 lei de Charles e Gay-Lussac ISOCÓRICA (V1 = V2) p1 —— T1 = p2 —— T2 lei de Charles e Gay-Lussac ISOTÉRMICA (T1 = T2) p1·V1 = p2·V2 lei de Boyle 8- Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP, CN ou TPN) São definidas como condições normais de temperatura e pressão quando o gás é submetido a uma pressão de 1 atm e à temperatura de 0 °C. Portanto, podemos colocar: P = 1 atm = 760 mmHg T = 0 °C = 273 K 9- Volume molar de um gás Volume molar é o volume de um mol de substância. O volume molar de um gás é constante para todos os gases a uma mesma pressão e temperatura. Nas CNTP, o volume molar é igual a 22,4 L/mol. 10- Equação de Clapeyron As leis de Boyle e Charles/Gay-Lussac podem ser combinadas com a lei de Avogadro para relacionar volume, pressão, temperatura e quantidade em mols de um gás. Tal relação é chamada de equação de estado de um gás. A equação de estado pode então ser representada por: P · V = n ·R · T Esta equação também é denominada de equação de Clapeyron, em homenagem ao físico francês que a determinou. A constante R pode assumir vários valores dentre os quais destacamos: 11- Densidade de um gás Densidade de um gás nas CNTP: dCNTP = M ——— 22,4 g/L Densidade de um gás a uma pressão p e temperatura T: d = P·M ——— R·T Densidade de um gás A em relação a um gás B: dA,B = MA —— MB Densidade de um gás A em relação ao ar: dA,ar = MA —— Mar = MA ——— 28,8 12- Mistura Gasosa: Pressão Parcial e Volume Parcial Fração em mol Abaixo a fração do mol expressa na relação: Onde: ni – quantidade em mols de gás i. n – quantidade em mols da mistura. Pressão parcial Em uma mistura gasosa a pressão parcial de um gás é igual ao resultado de sua fração em mol na mistura, pela própria pressão. Pgás = Xgás . Ptotal Volume parcial Em uma mistura gasosa o volume parcial de um gás é igual ao resultado de sua fração em mol na mistura, pelo próprio volume. Vgás = Xgás . Vtotal Lei de Amagat Segundo essa lei, a soma dos volumes parciais de seus componentes, é ocupada por uma mistura gasosa. V = v1 + v2 + v3 + ... vz Lei de Dalton Segundo essa lei, a soma das pressões parciais de seus componentes, é ocupada por uma mistura gasosa. P = P1 + P2 + P3 + ... Pz Misturas de gases perfeitos O fato de que os gases são miscíveis, independente da proporção resulta em misturas gasosas homogêneas. 13- Difusão e Efusão Gasosa Difusão gasosa – é a forma na qual, os gases atravessam uma parede porosa, e nesse mesmo processo se misturam de maneira uniforme com outros gases. Porém, a efusão gasosa é conceituada como uma forma em que um gás escapa de um recipiente, por meio de um pequeno furo, para o vácuo. Thomas Graham foi um químico britânico, que estudou a efusão gasosa, ele criou a lei que o explica. “As velocidades de efusão dos gases são inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas específicas, quando submetidos à mesma pressão e temperatura.” Home | Análise Imediata | Classificação Periódica | Gases | Grandezas Químicas | Ligações Químicas | Reações Inorgânicas | Teorias Ácido Base | Teoria de Arrhenius | Substâncias, Sistemas e Misturas | Polaridade da Molécula | Leis Ponderais | Geometria Molecular | Estequiometria | Funções Inorgânicas Este site foi atualizado em 04/01/11 Fonte: http://www.profpc.com.br/