FÍSICO-QUÍMICA

LICENCIATURA EM FÍSICA

Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin

Gases apresentam propriedades bem diferentes dos sólidos e dos líquidos:

não têm volume próprio, não têm forma própria apresentam grande compressibilidade e

expansibilidade a vaporização é acompanhada de um

enorme aumento de volume.

ESTUDO DOS GASES

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Modelo gasoso: a teoria cinética dos gases.

As moléculas de um gás estão em contínuo movimento e separadas entre si por grandes espaços vazios em relação ao tamanho delas.

As moléculas são completamente livres em seu movimento e as colisões intermoleculares são perfeitamente elásticas.

GASES IDEAIS

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O estado de um gás é definido pelas grandezas físicas pressão, volume e temperatura.

Assim, se conhecemos a pressão (p), o volume (V) e a temperatura (T) em que um gás se encontra num determinado momento, dizemos que seu estado é definido.

Se pelo menos uma dessas grandezas variar, o gás já estará em outro estado. Por isso p, V e T são denominadas variáveis (funções) de estado.

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

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Volume (V):

expressa o espaço ocupado pelo gás.

O volume do gás é medido pelo volume do recipiente que o contém.

As unidades usuais de medida são o metro cúbico (m3), o litro (L), igual a 1 dm3, e o mililitro (mL), igual a 1 cm3.

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Pressão (p) de um gás:

resulta da colisão das moléculas contra as paredes do recipiente.

É a força por unidade de superfície (P = F/A) exercida pelas moléculas do gás contra a parede do recipiente onde está contido.

Unidade SI: Pascal (Pa), igual a 1 N / m2. Outras unidades: atmosferas (atm), milímetros de

mercúrio (mmHg) e torricelli (torr).

1 atm = 760 mmHg = 760 torr » 105 Pa

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Temperatura (T) de um gás:

é uma medida do seu estado de agitação molecular e da energia associada ao movimento dessas partículas.

medida em Kelvin (K) ou graus Celsius (oC).

0 K (zero absoluto) = -273oC

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Condições normais de temperatura e pressão (CNTP)

T = 0oC ou 273 K – “temperatura normal”

p = 1,00 atm ou 760 mmHg – “pressão normal”

Quando estas condições são satisfeitas, dizemos que o gás está nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP).

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

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TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA:

Para T constante, o volume ocupado por

uma quantidade fixa de um gás é

inversamente proporcional à sua pressão.

p1V1 = p2V2 ou pV = K

LEI DE BOYLE

TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA (ISOMÉTRICA OU ISOVOLUMÉTRICA):

Para V constante, a pressão de uma

massa fixa de gás é diretamente

proporcional à temperatura absoluta do

gás.

p1/T1 = p2/T2 ou p/T = K

LEIS DE CHARLES E GAY-LUSSAC

TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA:

Para P constante, o volume de uma massa fixa

de gás é diretamente proporcional à temperatura

absoluta do gás.

V1/T1 = V2/T2 ou V/T = K

A partir destas leis é possível chegar à

equação geral dos gases ideais:

p1V1/T1 = p2V2/T2

LEIS DE CHARLES E GAY-LUSSAC

VOLUME MOLAR

É o volume ocupado por um mol de moléculas de uma substância.

Hipótese de Avogadro Volumes iguais de gases diferentes, medidos nas

mesmas p e T, têm o mesmo número de moléculas.

PARA GASES IDEAIS: 1 mol de moléculas de qualquer substância no

estado gasoso ocupa o volume de 22,4 L nas CNTP.

EQUAÇÃO DE ESTADO DO GÁS IDEAL

EQUAÇÃO DE CLAPEYRON:

pV = nRT

n = número de mols R = constante universal dos gases.

Esta constante R é a constante K, da equação geral dos gases ideais, no caso particular da quantidade do gás ser igual a 1 mol.

Valores de R: 0,082 atm.L.mol-1.K-1 62,3 mmHg.L.mol-1.K-1

GASES REAIS

Interações Moleculares

PV=nRT funciona perfeitamente com P < 1 atm e T >> Tcond

pressão baixa reduz a probabilidade de colisões entre as moléculas

alta T aumenta a velocidade das moléculas, ou seja, diminui as interações intermoleculares

uma molécula com alta velocidade (elevada Ec), passa por outra molécula sem sofrer desvios consideráveis ou atrações.

GASES REAIS

Fator de compressibilidade

Há uma grandeza chamada fator de compressibilidade (z) que podemos expressar por:

GASES REAIS

Para gases ideais, Z = 1 sob quaisquer T, V e p.

Experimentalm

ente, Z desvia-se de 1 a p altas e T baixas

GASES REAIS

Equação do Virial

pVm = RT(1 + B´p + C´p2 + ...)

pVm = RT (1+ B/Vm + C/Vm2 + ...)

B e C são coeficientes viriais

Tabela: Constantes de van der Waals

Fluído Supercrítico: passa da região de líquido para a região de gás sem atravessar a fronteira que representa a transição de fases, isto é, a mudança ocorre continuamente, sem a identificação de duas fases coexistindo.

Exercícios

1- Um mol de CO2 , a 27,5 C ocupa 137,69 cm3. Se gás obedece a equação de van der Waals, qual é a pressão em Pa.

2- Calcule a pressão exercida por 1,0 mol de H2S, comportando-se como : (a) um gás perfeito, (b) um gás de van der Waals, quando está confinado nas seguintes condições: (i) a 273,15 K em 22,4 L (ii) a 500 K em 150cm3.

a= 4,484 atm L2 mol-2 ; b= 4,34x10-2 L.mol-1

GASES REAIS