Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui102 Gases
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Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Gases Paulo Roberto Ponzoni de Abreu Bruno Silva Santos n° 15779 n° 15757 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Características dos gases Pressão As leis dos gases A equação do gás ideal Aplicações adicionais da equação do gás ideal Misturas de gases e pressões parciais Teoria cinética molecular Efusão e difusão molecular Gases reais: desvios do comportamento ideal Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Características dos gases Slide 3 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Pressão • Pressão transmite a idéia de força agindo sobre uma determinada área que tende mover algo numa determinada direção. • A unidade SI (sistema internacional) é newton/ metro quadrado. A ela deram o nome de pascal (Pa) em homenagem a Blaise Pascal (1623-1662). Slide 4 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • • Evangelista Torricelli (1604 – 1947) Inventou a barômetro para mostrar que a atmosfera tinha peso. Após o equilíbrio do mercúrio com a pressão atmosférica, observou que altura da coluna de mercúrio era de 760mm. 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 x 105 Pa = 101,325 kPa Slide 5 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Podemos usar outros dispositivos para medir a pressão de um gás em sistemas fechados. •No laboratório usamos o dispositivo chamado manômetro que opera pelo mesmo princípio do barômetro. •Os calibradores que medem a pressão do ar nos pneus de automóveis e bicicletas. Slide 6 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases As leis dos gases Lei de Boyle: “O volume de certa quantidade de gás mantido a temperatura constante é inversamente proporcional à pressão” Slide 7 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Exemplos diários: Slide 8 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Lei de Charles: “O volume de uma certa quantidade de gás fixa, mantida a pressão constante, é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta” Slide 9 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Lei de Avogadro: “O volume de um gás mantido a temperatura e pressão constantes é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás” 6,02 x 1023 moléculas = 22,4 L (CNTP) Slide 10 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases A equação do gás ideal A partir dessas três leis Equação geral dos gases: Slide 11 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases PV = nRT • • R é chamado de constante dos gases ideais. O valor e a unidade de R dependem das unidades de temperatura, pressão e volume. n é a quantidade do gás em mols. Gás ideal Um gás perfeito ou ideal é um modelo idealizado para o comportamento de um gás. Um gás perfeito obedece as leis de Boyle-Mariotte, de Charles, de Gay-Lussac, de Avogadro. Slide 12 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • Muitas propriedades dos gases são tabeladas de acordo com a CNTP (condições normais de temperatura e pressão), o que implica numa pressão de 1 atm e temperatura de 0°C (273,15 K) • A partir desses valores podemos calcular o volume de um gás ideal. V = 22,4 L Slide 13 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Temos três processos utilizando a equação do gás ideal: • Processo isotérmico É um processo no qual não há variação de temperatura. Assim, nRT = constante. PV = P’V’ • Processo isobárico É um processo no qual não há variação de pressão Assim, nR/P = constante. V/T = V’/T’ • Processo iso(volu)métrico É um processo no qual não há variação de volume Assim, nR/V = constante. P/T = P’/T’ Slide 14 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • E quando somente nR = constante, podemos usar: PV/T = P’V’/T’ Slide 15 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Aplicações adicionais da equação do gás ideal PV = nRT PV = m RT MM d = P MM RT P MM = m = d RT ou Slide 16 de 38 V MM = dRT P Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Slide 17 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Misturas de gases e pressões parciais • Em uma mistura de gases a pressão total é a soma das pressões dos gases que compõem essa mistura. Cada gás age como se estivesse ocupando sozinho o espaço disponível. Enunciando de forma diferente a idéia, podemos dizer que a pressão total é a soma das pressões parciais. Esta é conhecida como Lei de Dalton. • Pressão parcial é a pressão que um determinado componente em uma mistura, que contribui para a pressão total. Slide 18 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • Considerando Pt a pressão total e P1, P2, P3 as pressões parciais dos gases.De acordo com a lei de Dalton temos: Pt = P1 + P2 + P3 Pressões parciais e frações em mol • Como cada gás comporta-se de forma independente, podemos relacionar a quantidade de um gás em uma mistura com sua pressão parcial Slide 19 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • pressão parcial de um gás em um mistura é sua fração em quantidade de matéria multiplicada pela pressão total. Xi é igual (n1/nt) • • A razão de n1/nt é chamada fração em quantidade de matéria ou fração em mol do gás 1. Xi é um número sem dimensão que expressa a razão entre a quantidade de matéria de certo componente e a quantidade de matéria total na mistura. Slide 20 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Coletando gases sobre a água • É comum sintetizar gases e coletá-los através do deslocamento de um volume de água, através da montagem abaixo. Slide 21 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • Para calcular a quantidade de gás produzido, precisamos fazer a correção para a pressão parcial da água. Slide 22 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Teoria cinética molecular Rudolf Clausius em sua Teoria Cinética Molecular afirmou: 1. Os gases consistem em grande número de moléculas que estão em movimento. 2. O volume do gás é desprezível comparado ao volume total (0,1%). 3. As forças atrativas e repulsivas entre as moléculas são desprezíveis. Slide 23 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases 4. As energias podem ser transferidas entre as moléculas em suas colisões, porém a energia cinética média das moléculas não varia com o tempo, ou seja, as colisões são perfeitamente elásticas. 5. A energia cinética média das moléculas é proporcional à temperatura absoluta. Slide 24 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • Energia Cinética Média = m (vmq)2 2 Slide 25 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Aplicação da lei dos gases: • Efeito de aumento do volume à temperatura constante • Efeito do aumento da temperatura a volume constante Slide 26 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Efusão e difusão molecular De acordo com a teoria cinética molecular, a energia cinética média de qualquer coleção de moléculas de um gás, m (vmq)2/2, tem um valor específico a determinada temperatura. Assim, um gás composto de partículas leves, como He, terá a mesma energia cinética média que um composto de partículas muito mais pesadas, como Xe, desde que os dois estejam à mesma temperatura. A massa m, das partículas no gás mais leve é menor que aquela no gás mais pesado. Slide 27 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • • Dessa forma, as partículas mais leves devem ter maior velocidade do que as partículas mais pesadas de gás. A seguinte equação, que expressa esse fato quantitativamente, pode ser derivada de teoria cinética molecular: Slide 28 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Efusão e difusão molecular • O primeiro fenômeno é a efusão, que é a fuga das moléculas de gás por orifícios minúsculos para um espaço evacuado. Lei de Graham afirma que a taxa de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa molar. E quanto maior a velocidade molecular de um gás maior a sua chance de chocar-se com o orifício e efundir.Isso implica que a velocidade molecular é diretamente proporcional à taxa de efusão. Slide 29 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Slide 30 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • O segundo fenômeno é a difusão, que é o espalhamento de uma substância pelo espaço ou por uma segunda substância. • Velocidade das moléculas • Colisões Caminho livre médio • Slide 31 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • Airbag A bolsa inflável ou airbag é considerada um dos mais eficientes recursos de segurança passiva (que visam a minimizar as conseqüências de um acidente) dos automóveis atuais Slide 31 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Gases reais: desvios do comportamento ideal • A altas pressões o desvio de comportamento ideal (PV = 1) é grande e diferente para cada gás. RT Slide 32 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases •Gases reais não se comportam de modo ideal a altas pressões. Slide 33 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases •O desvio comportamental ideal depende da temperatura Slide 34 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • • • Quanto maior a temperatura, mais o gás se aproxima do comportamento ideal. Quando a temperatura de um gás chega perto do ponto de condensação a diferença de comportamento torna-se significativa. Quanto menor a temperatura e/ou quanto maior a pressão, as moléculas aproximam-se mais. Slide 35 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • • Van der Waals identificou que, para um gás real, a expressão do gás ideal teria que ser corrigida quanto ao volume finito e às forças atrativas. a e b variáveis particulares de cada gás. Slide 36 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases • a e b aumentam de acordo com o aumento da massa molar e com a complexidade de cada molécula Slide 37 de 38 Universidade Federal de Itajubá Química Geral Qui-102 Gases Referências bibliográficas • • • • • Química: A Ciência Central, 9ª ed.. Brown, LeMay, Bursten http://www.qmc.ufsc.br/quimica/pages/aulas/gas_pa ge2.html http://pt.wikipedia.org http://images.google.com.br http://hsw.uol.com.br/ Slide 38 de 38
