Química Industrial 2a Série - Aula - Estudo Do Comportamento Dos Gases
Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DO COMPORTAME
NTO DOS GASES
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OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
Relembrar os estados da matéria, diferenciando-os
Estudar as propriedades empíricas dos gases ideais
Definir gás
Compreender as leis dos gases e algumas das suas aplicações biológicas
Diferenciar gás ideal de gás real
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ESTADOS DA MATÉRIA
Gasoso / Líquido / Sólido
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PROPRIEDADES EMPÍRICAS DOS GASES
Forma – o único limite para a difusão do gás é a parede do recipiente que ele está confinado. As moléculas de um gás estão em contínuo movimento e separadas por grandes espaços
vazios. O movimento das moléculas ocorre ao acaso e em todas as direções e sentidos.
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A pressão do gás é resultante das colisões das moléculas contra as paredes do recipiente.
Estas colisões e as colisões entre as moléculas são elásticas (sem perda de energia)
As moléculas são livres em seu movimento, ou seja, não existe atração entre as moléculas.
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Compressibilidade e Expansibilidade
Ao dobrar a pressão exercida sobre um gás seu volume se reduz à metade.
Ao reduzir a pressão pela metade o volume do gás é duplicado.
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O QUE É UM GÁS?
um gás é uma coleção de partículas em constante movimento
o movimento das partículas é aleatório e desordenado
o espaço entre as partículas é muito maior do que o tamanho de cada partícula
as partículas chocam-se entre si e com as paredes do recipiente que contém o gás, sendo estes choques completamente elásticos
a velocidade média de uma amostra de gás aumenta com o aumento da temperatura
De acordo com a Teoria Cinética Molecular dos Gases ou modelo cinético dos gases, podemos dizer que:
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2 tipos de Gases
Gases Ideais
Gases Reais
Comportamento
≠
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Gás Ideal ou Perfeito Modelo idealizado
É um gás teórico, composto de um conjunto de partículas pontuais movendo-se aleatoriamente e não interagem entre si
Cada molécula de um gás comporta-se como se as demais não estivessem presentes
Em condições ambientais normais tais como as temperatura e pressão padrão, a maioria dos gases reais comportam-se qualitativamente como um gás ideal
Obedece a lei dos gases
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Variáveis de estado de um GásPressão
(P)
Temperatura (T)
Volume (V)
Quanto maior a altitude menor a pressão. A nível do mar : 1atm =760mmHg = 760 torr
Nos interessam as escalas Celsius e Kelvin:
T(K) = TC + 273
É igual ao volume do recipiente que o contém:
1m3 = 1000dm3 = 1000L1dm3 = 1L = 1000cm3 =
1000mL
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Quando os valores das variáveis de estado de um gás sofrem alterações
dizemos que o gás “sofreu uma transformação gasosa”. Algumas transformações gasosas possuem
denominações especiais.
Transformações Gasosas com Massa de Gás Fixa
Isobárica Isocórica/Isométrica
Isotérmica
Pressão constante
Volume constante
Temperatura constante
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É quando na transformação o gás mantém constante a
temperatura e muda os valores da pressão e do volume.
Transformação Isotérmica
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É quando na transformação o gás mantém constante a pressão e
modifica os valores do volume e da temperatura.
Transformação Isobárica
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É quando o gás, na transformação, mantém constante o volume e
altera os valores da temperatura e da pressão.
Transformação Isocórica/ Isométrica/ Isovolumétrica
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São leis que explicam as relações entres as grandezas TEMPERATURA, PRESSÃO e
VOLUME nas transformações gasosas.
Leis Físicas dos Gases
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Lei de Boyle-Mariotte ou Transformação Isotérmica“O volume de um gás é inversamente proporcional à
sua pressão, mantida constante a temperatura”
pV = constante (se T for constante)
Leis dos Gases
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Lei de Boyle-Mariotte
Mantendo a massa de gás e a temperatura constantes, a pressão exercida pelo gás é inversamente proporcional ao seu volume
Quando duas grandezas são inversamente proporcionais, o produto entre elas é constante.
Isotermas
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Isoterma de Boyle para o gás ideal
Lei de Boyle-Mariotte
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Lei de Boyle –Mariotte na respiração
Lei de Boyle-Mariotte
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A isoterma abaixo ilustra outra observação de Boyle: o volume de um gás tende ao infinito quando a pressão tende a zero e vice-versa.
Lei de Boyle-Mariotte
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A lei de Boyle prevê que a densidade de um gás é
diretamente proporcional à pressão exercida sobre ele.
Lei de Boyle-Mariotte
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ExemploUma câmara de descompressão usada por mergulhadores tem volume de 10300 L e funciona de 4,5 atm. Qual volume, em L, o ar contido nessa câmara ocuparia quando submetido a uma pressão de 1 atm, na mesma temperatura?.
V1 = 10300LP1 = 4,5 atm
V2 = ??P1 = 1 atm
4,5 atm x 10300L = 1 atm x V
V= 46350 L
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1ª Lei de Charles e Gay – Lussac ou Transformação Isobárica
“O volume de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, mantida a pressão
constante”.
V/T = constante (se p for constante)
Leis dos Gases
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1ª Lei de Charles e Gay - Lussac
Mantendo a massa de gás e a pressão constantes, o volume exercido pelo gás é diretamente proporcional a sua temperatura
Quando duas grandezas são diretamente proporcionais, o quociente entre elas é constante.
Isotermas
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LEI DOS GASES IDEAIS E SUAS APLICAÇÕES
Curvas isobáricas de Charles para o gás ideal.
Zero absoluto: - 273 oC
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ExemploUm recipiente com capacidade para 100 litros contém um gás à temperatura de 27 ºC. Este recipiente e aquecido até uma temperatura de 87 ºC, mantendo-se constante a pressão. O volume ocupado pelo gás a 87 ºC será de:
V1 = 100 LT1 = 27 ºC + 273 = 300K
V2 = ???T2 = 87 ºC + 273 = 360 K
100L x 360 K = V2 x 300K
V2= 120 L
100 L = V2 300 K 360 K
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2ª Lei de Charles e Gay – Lussac ou Transformação Isométrica
“A pressão de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta,
mantida a volume constante”.
Leis dos Gases
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Mantendo a massa de gás e o volume constantes, a pressão exercido pelo gás é diretamente proporcional a sua temperatura
2ª Lei de Charles e Gay - Lussac
Isotermas
Quando duas grandezas são diretamente proporcionais, o quociente entre elas é constante.
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ExemploUm gás está em estado inicial com uma temperatura de 27 ºC e pressão de 1,5 atm. O gás é aquecido até atingir a temperatura de 127 ºC. Calcule sua nova pressão, sabendo-se que o volume é constante.
T1 = 27 ºC + 273 K = 300KP1 = 1,5 atm
T2 = 127 ºC + 273 K = 400KP2 = ???
300 K x T2 = 400 K x 1,5 atm
P2= 2 atm
1,5 atm = P2 300 K 400 K
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Transformação Geral dos Gases
São as transformações em que todas as grandezas (T, P e V) sofrem mudanças
nos seus valores simultâneamente
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ExemploUma determinada massa de gás oxigênio ocupa um volume de 15 L a uma pressão de 4 atm e na temperatura de 27 °C. Que volume ocupará esta mesma massa de gás oxigênio na temperatura de 327 °C e pressão de 2 atmV1 = 15LT1 = 27 ºC + 273 K = 300KP1 = 4 atm
V2 = ??T2 = 327 ºC + 273 K = 600KP2 = 2 atm
4atm x 15L = 2 atm x V2 300K 600 K
V2= 60 L
![Page 32: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/32.jpg)
Volume do gás é diretamente proporcional ao número de partículas
“Volumes iguais de gases, medidos na mesma pressão e temperatura, contém o
mesmo número de partículas”
Um mol contém o número de Avogadro de partículas
Lei de Avogadro
6,022x1023 átomos/mol
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LEI DOS GASES IDEAIS E SUAS APLICAÇÕES
O volume é diretamente proporcional ao número de partículas de gás, ou seja,
quanto maior for o número de moles do gás, maior será o seu volume, nas mesmas T e p.
V/n = constante (se p e T constantes)
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A combinação dos resultados de Boyle-Mariotte, Charles, Gay-Lussac e Avogadro resulta numa das mais
importantes equações matemáticas da físico-química que parece reger o comportamento
padrão de todos os gases conhecidos.
PV = nRT
Leis Geral dos Gases
Equação de Clapeyron
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“Se as três variáveis de estado (PRESSÃO, TEMPERATURA e VOLUME) de uma dada
massa de gás variam, então a razão entre o produto da PRESSÃO pelo VOLUME e a
TEMPERATURA do gás é constante”
Lei Geral dos Gases
PV = nRTP = Pressão do gásV = Volume do gásT = Temperatura do gásn = Número de mols do gásR = Constante universal dos gases
(0,082 atmLK-1mol-1)
![Page 36: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/36.jpg)
ExemploTem-se 5,0 mols de moléculas de um gás ideal a 27 °C e sob pressão de 5,0 atmosferas. Determine o volume ocupado por esse gás. É dada a constante universal dos gases perfeitos R = 0,082 atm.L/mol.K.
n = 5 molsP = 5 atmT = 27 ºC + 273 = 300KR = 0,082 atmL/molK
PV = nRT
5 atmV = 5mols x 0,082 atmL/molK x 300K
V= 24,6 L
![Page 37: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/37.jpg)
Constante Universal dos Gases
R
0,082 atm L K-1 mol-1
1,987 cal K-1mol-1
8,314 J K-1mol-1
SI
![Page 38: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/38.jpg)
CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) Pressão = 1 atm Temperatura = 0 ºC (273K)
Volume de 1 mol
22,4 L
![Page 39: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/39.jpg)
CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão)
PV = nRT
V = 1mol X 0,082 atmLK-1mol-1 X 273K = 22,4 L 1 atm
Pressão = 1 atm Temperatura = 0 ºC (273K)
![Page 40: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/40.jpg)
Mistura de Gases
![Page 41: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/41.jpg)
OUTRAS LEIS RELACIONADAS AOS GASES
Lei de Dalton
“A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma da pressão de cada
componente”xi = ni
nT
Pi = PT ni
nT
xi = fração molar de cada um dos componentes da misturani = número de mols do componentenT = número total de mols da misturaPi = pressão de cada um dos componentes PT = pressão total da mistura
![Page 42: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/42.jpg)
Em uma câmara de 10 L, são misturados 1 mol de nitrogênio e 3 mols de hidrogênio, a 298 K. Determine a pressão total à qual está submetido o sistema e quais serão as pressões parciais.
Exemplo
nT = 1 + 3 = 4x N2 = nN2/nT = ¼ = 0,25x H2 = nH2/nT = ¾ = 0,75
Assumindo um comportamento ideal
PV = nRT P = nRT V
P = 4mol X 0,082 atmLK-1mol-1 X 298K = 9,8 atm 10 L
N2 = 9,8 X 0,25 = 2,45 atmH2 = 9,8 X 0,75 = 7,35 atm
Pi = PT ni
nT
![Page 43: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/43.jpg)
Nem todos os gases seguem a lei dos gases ideais, sobretudo em
situações onde a pressão é elevada ou a temperatura é
baixa. Assim, temos uma outra equação de estado, capaz de
descrever também o comportamento dos gases reais.
Gás Real
![Page 44: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/44.jpg)
Gás Real
As propriedades não podem ser descritas pela equação de estado dos gases ideais (PV=nRT)
Caracterizado por um parâmetro dependente da temperatura, da pressão e da natureza do gás, chamado de Fator de Compressibilidade (z)
Apresenta interações repulsivas entre as moléculas
![Page 45: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/45.jpg)
Gás RealInterações entre as moléculas gasosas
Forças de atração Forças de repulsão
Interações de curto alcanço
distancia inter-molecular pequena
Pressão alta
Alcanço relativamente grandepressões moderadas
![Page 46: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/46.jpg)
OUTRAS LEIS RELACIONADAS AOS GASES
Lei de Henry
“O volume de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão do gás sobre o líquido, a um fator de solubilidade e ao volume do líquido”
onde:X = fração molar de equilíbrio do gás em solução (sua solubilidade);P = pressão parcial na fase gasosa;K = constante de proporcionalidade, ou constante da lei de Henry.
P= KX
![Page 47: Introdução Ao Estudo Do Comportamento Dos Gases 1](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020219/55cf926c550346f57b9663fa/html5/thumbnails/47.jpg)
OUTRAS LEIS RELACIONADAS AOS GASES
Lei de Graham
“A difusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa
molecular”