Estado de agregação: gasosos. Fases da matéria Movimento aleatório de átomos e moléculas Fluem...

Estado de agregação: gasosos

Fases da matériaFases da matéria

Movimento aleatório de átomos e moléculas

Fluem rapidamente e se difundem rapidamente

Assumem tanto o volume quanto a forma do recipiente

São altamente compressíveis

Formam misturas entre si

Características dos gasososCaracterísticas dos gasosos

Características dos gasososCaracterísticas dos gasosos

Denominação

• Gás ideal

• Gás real

• Vapor

GasososGasosos

Teoria desenvolvida para explicar o comportamento dos gasosos

Teoria cinético-molecularTeoria cinético-molecular

Fornece um entendimento sobre o comportamento dos gasosos, ao nível molecular, que pode ser representado

quantitativamente

Hipóteses para o modelo cinético1. Gasosos consistem de grande número de moléculas

em movimento aleatório contínuo (movimento browniano)

2. Moléculas gasosas são pontos infinitamente pequenos3. Moléculas gasosas se movem em linhas retas até

colidirem4. Moléculas gasosas não se influenciam umas às

outras, exceto durante as colisões5. Energia cinética média das moléculas é proporcional à

temperatura


Há uma variedade de energias individuais de moléculas gasosas em qualquer sistema gasoso

À medida que a temperatura aumenta, a energia cinética média das moléculas gasosas aumenta

À medida que a energia cinética aumenta, a velocidade das moléculas gasosas aumenta


Velocidade média das moléculas gasosas é proporcional a raiz quadrada da temperatura e inversamente proporcional à raiz quadrada da massa molar


Vm ∞ ( T / M )1/2

Define-se TPP como temperatura e pressão padrão

• 273,15K e 1atm

Equação do gás idealEquação do gás ideal

Volume molar de gás ideal nas condições na TPP:

Equação do gás idealEquação do gás ideal

Equação de estado do gás ideal: equação de Clapeyron

Densidade e massa molar• Densidade: unidades de massa por unidades de volume

• Reajustando a equação ideal dos gases com M (massa molar)

RTP

dVn

RTP

Vn

nRTPV

MM

Aplicações da equação do Aplicações da equação do gás idealgás ideal

Densidade e massa molarMassa molar de um gás pode ser determinada pela

densidade

PdRTM

A equação do gás idealA equação do gás ideal

Teoria Cinética molecularTeoria Cinética molecular

Lei da efusão de Graham • À medida que a energia

cinética aumenta, a velocidade das moléculas do gás aumenta.

• A efusão é a evasão de um gás através de um buraco pequeno (um balão esvaziará com o tempo devido à efusão).

Relacionando a equação do gás ideal

e as leis dos gases

Em geral, um gás sob duas condições:

22

22

11

11TnVP

TnVP

Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases

PRESSÃOA pressão de um gás resulta do

número de colisões por unidade de tempo nas paredes do recipiente

A ordem de grandeza da pressão é dada pela freqüência e pela força da colisão das moléculas


Efeito do aumento de V (a T constante)

• energia cinética média do gás permanece constante

• aumento de V faz com que as moléculas viajem mais para atingirem as paredes do recipiente; P diminui

Efeito do aumento da T (a V constante)

• energia cinética média das moléculas aumenta (aumento de u)

• mais colisões com as paredes do recipiente; P aumenta


Relação P x V: lei de Boyle• Matematicamente:

• Gráfico de V versus P é um hiperbolóide• Da mesma forma, um gráfico de V versus 1/P deve

ser uma linha reta passando pela origem


Relação P x V: lei de Boyle


Relação V x T: lei de Charles• Balões de ar expandem quando são aquecidos

• Volume de uma quantidade fixa de gás à pressão constante aumenta com o aumento da temperatura

• Matematicamente:


Hipóteses de Avogadro:

• volumes iguais de gases, à mesma temperatura e

pressão, contêm o mesmo número de moléculas

• volume de gás, a uma dada temperatura e

pressão, é diretamente proporcional à quantidade

de matéria do gás


Difusão e caminho médio livre• Difusão de um gás é a sua propagação pelo

espaço e será mais rápida para as moléculas menores de gás

• Difusão tem sua velocidade reduzida pelas colisões entre as moléculas de gás


Efusão e difusão molecular• Dois gases à mesma temperatura: o gás mais leve tem

uma velocidade mais alta do que o gás mais pesado

• Matematicamente:

MRT

u3


Lei da efusão de Graham

• Para dois gases com massas molares M1 e M2, a velocidade relativa de difusão ou efusão é dada por

1

2

2

1

2

1

2

13

3

MM

M

M RT

RT

uu

rr


Da equação do gás ideal,

nRTPV

Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade


Para 1 mol de gás ideal, PV/RT = 1 para todas as pressões e todas as temperaturas

• Em um gás real, PV/RT varia significativamente de 1

Quanto maior for a pressão do gás, maior será o desvio do comportamento idealQuanto maior a temperatura, os gases se comportam de mais idealmente

A teoria cinético-molecular mostra as falhas do comportamento de gás ideal:

• as moléculas de um gás real têm volume finito

• as moléculas de um gás real se atraem


Com aumento da pressão, as moléculas gasosas ficam mais unidas

• diminui a distância intermolecular

• diminui o espaço disponível

• aumenta a concentração• maior a chance de

interação

(desvio da idealidade)


Com aumento da temperatura, as moléculas de gás se movem mais rapidamente e se distanciam mais entre si

• altas temperaturas significam também mais energia disponível para a quebra das forças de interação

• quanto maior a temperatura, maior a idealidade do gás


Equação de van der WaalsDois termos são adicionados à equação do gás ideal:

• para corrigir o volume das moléculas

• para corrigir as atrações intermoleculares

Os termos de correção geram a equação de van der Waals:

onde a e b são constantes empíricas

2

2

V

annbV

nRTP


Equação de van der Waals

• Forma geral da equação de van der Waals:

2

2

V

annbV

nRTP

nRTnbVV

anP

2

2

Correção para o volume das moléculas

Correção para a atração molecular


Uma vez que as moléculas gasosas estão muito separadas, supõe-se comportamento independente

• Lei de Dalton: em uma mistura gasosa, a pressão total é obtida pela soma das pressões parciais de cada componente:

321total PPPP

VRT

nP ii

Mistura de gases e Mistura de gases e pressões parciaispressões parciais

Cada gás obedece à equação ideal dos gases:

Combinando as equações:

Pressões parciais e frações em quantidade de matéria

• Considere ni a quantidade de matéria de gás i exercendo uma pressão parcial Pi, então:

onde i é a fração em quantidade de matéria (ni/nt).

VRT

nnnP 321total

totalPP ii

Mistura de gases e Mistura de gases e pressões parciaispressões parciais

Volumes de gases em reações químicas

• A equação ideal dos gases relaciona P, V e T ao número de mols (n) do gás

• O n pode então ser usado em cálculos estequiométricos

Leis químicas dos gases Leis químicas dos gases

A lei de Gay-Lussac: a determinadas temperatura e pressão, os volumes dos gases que reagem e são produzidos são relações proporções de números inteiros pequenos

Leis químicas dos gases Leis químicas dos gases

Relação V x n: lei de Avogadro

As leis dos gasesAs leis dos gases

Anestésicos: causam perda da atividade muscular

• N2O; HC; etil éter e isopropil éter; acetonas alifáticas; álcoois alifáticos

Asfixiantes: diminuição da respiração por danos às células vermelhas do sangue na capacidade de transportar oxigênio (O2 < 15% no ar)

• metano, etano, propano, butano, GLP, acetileno, N2, H2, CO, CO2

Irritantes: produzem irritação ou inflamação dos tecidos (olhos, pele e membranas)

• ácidos voláteis, NH3, Cl2, SOx, NOx

Gasosos: Gasosos: propriedades perigosas propriedades perigosas

Corrosivos: produzem queimaduras, destroem pele e tecidos, atacam diversos materiais

• H2S, CO2, NO2, SO2, SO3 HCl, HBr, HF(v)

Criogênicos: substâncias ou misturas refrigerantes para obtenção de baixas temperaturas que causa queimaduras

• N2; CO2

Inflamáveis: entram em combustão com facilidade e podem causar explosão

• metano, etano, propano, butano, acetileno, H2, CO, H2S, SO2, NO2

Tóxicos: substâncias em geral que causam irritação, edema, necrose, inflamação, alergia

• HCN, CO, H2S, SO2, Cl2, O3, N2H4, CH2CHCHO, Br2(v), Hg(v)

Gasosos: Gasosos: propriedades perigosas propriedades perigosas

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