12Q-trabalho_gases_Indicações para alunos

Utilização de Simulações PhET e Walter-fendt
12º Química
O ESTADO GASOSO
“Em muitos aspectos, os gases são a forma de matéria mais facilmente entendida.
Ainda que diferentes gases possam ter diferentes propriedades químicas eles
comportam-se de maneira bastante similar no que concerne às propriedades físicas.
Por exemplo, vivemos numa atmosfera composta de oxigénio, O2, que dás suporte à
vida humana. O ar também contém azoto, N2, que tem muitas propriedades químicas
diferentes do oxigénio. A atmosfera, igualmente, contém pequenas quantidades de
outras substâncias gasosas, no entanto comporta-se fisicamente como um material
gasoso. A relativa simplicidade do estado gasoso propicia um bom ponto de partida à
proporção que procuramos entender as propriedades da matéria em metermos de
constituição atómica e molecular.”
Introdução:
Nas ciências experimentais as condições laboratoriais nem sempre são passíveis para a
realização de certas actividades experimentais.
Com o avanço tecnológico e o surgimento da Internet começam a surgir elementos
pedagógicos facilitadores da aprendizagem utilizando laboratórios virtuais,
nomeadamente simulações de actividades experimentais.
Tal como durante uma actividade laboratorial, também no simulador devemos alterar
apenas uma variável de cada vez, a fim de se poder obter resultados comparativos.
Objectivos de aprendizagem:



Explorar as relações entre pressão, volume e temperatura;
Criar gráficos com base em observações;
Elaborar conclusões qualitativas sobre as relações entre pressão, volume e
temperatura.
Simuladores a utilizar:
http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Gas_Properties
http://www.walter-fendt.de/ph14pt/gaslaw_pt.htm
Ana Maria Medeiros
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12º Química
ASSUNTO: Comportamento dos Gases Perfeitos ou Ideais
O ar é um gás. Os gases têm várias propriedades que podem ser observadas com nossos
sentidos, incluindo a pressão do gás (P), a temperatura (T) e o volume (V), que contêm
o gás.
Observações científicas cuidadosas determinaram que essas variáveis estão relacionadas
entre si. Ao compreender essas relações é possível explicar o comportamento dos gases
em determinadas condições.
Neste trabalho pretende-se verificar através de simulações experimentais que, em
condições de baixa densidade (gás ideal), a relação do volume ocupado por um gás e a
sua temperatura num processo isobárico (Lei de Charles), a relação da pressão com a
temperatura num processo isocórico (Lei de Gay-Lussac) e a relação da pressão com o
volume num processo isotérmico (Lei de Boyle-Mariotte).
TEXTO INTRODUTÓRIO
Em condições de pressões baixas ou moderadas, e de temperaturas não muito baixas,
muitos gases comuns (ar, azoto, oxigénio, etc) podem ser considerados ideais. Quase
todos os gases quimicamente estáveis se comportam como ideais, se estiverem longe
das condições de liquefacção ou solidificação, isto é, se os seus átomos ou moléculas
estiverem suficientemente afastados uns dos outros, para que as suas interacções
possam ser desprezadas. Em geral, à temperatura ambiente, t=20 ºC (T=293,15 K), e
pressão atmosférica padrão, P0=1,013x105 Pa, a maioria dos gases podem ser
considerados como ideais.
TEMA 1: Lei de Charles
Esta lei, descoberta em 1787 por Jacques Charles, descreve a relação existente entre o
volume e a temperatura de um gás ideal, se a pressão se mantiver constante.
Utilização do simulador PhET
Q 1. Para estudar esta lei e com a ajuda do simulador PhET complete a seguinte tabela:
Pressão
(atm)
Constante
Temperatura
(K)
T1 =
T2 =
T3 =
Volume
(dm3)
V1 =
V2 =
V3 =
Relação V/T
(dm3 K-1)
Q 2. Represente graficamente V (T).
Q 3. Com base nos resultados obtidos e na análise do gráfico da questão anterior a que
conclusão terá chegado Charles?
Q 4. Qual a relação matemática a que terá chegado este químico?
Ana Maria Medeiros
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12º Química
Utilização do simulador Walter-fendt
Q 1. Para estudar esta lei e com a ajuda do simulador Walter-fendt complete a seguinte
tabela:
Pressão
(atm)
Constante
Temperatura
(K)
T1 =
T2 =
T3 =
Volume
(dm3)
V1 =
V2 =
V3 =
Relação V/T
(dm3 K-1)
Q 2. Represente graficamente V (T).
Q 3. Com base nos resultados obtidos e na análise do gráfico da questão anterior a que
conclusão terá chegado Charles?
Q 4. Qual a relação matemática a que terá chegado este químico?
TEMA 2: Lei de Gay-Lussac
Esta lei, descoberta por Joseph Louis Gay-Lussac nos princípios do século XIX,
relaciona a pressão e a temperatura de um gás ideal, se o volume se mantiver constante.
Utilização do simulador PhET
Q 1. Para estudar esta lei e com a ajuda do simulador PhET complete a seguinte tabela:
Volume
(dm3)
Constante
Temperatura
(K)
T1 =
T2 =
T3 =
Pressão
(atm)
P1 =
P2 =
P3 =
Relação P/T
(atm K-1)
Q 2. Represente graficamente P (T).
Q 3. Com base nos resultados obtidos e na análise do gráfico da questão anterior a que
conclusão terá chegado Gay-Lussac?
Q 4. Qual a relação matemática a que terá chegado este químico?
Utilização do simulador Walter-fendt
Q 1. Para estudar esta lei e com a ajuda do simulador Walter-fendt complete a seguinte
tabela:
Volume
(dm3)
Constante
Temperatura
(K)
T1 =
T2 =
T3 =
Pressão
(atm)
P1 =
P2 =
P3 =
Relação P/T
(atm K-1)
Q 2. Represente graficamente P (T).
Ana Maria Medeiros
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12º Química
Q 3. Com base nos resultados obtidos e na análise do gráfico da questão anterior a que
conclusão terá chegado Gay-Lussac?
Q 4. Qual a relação matemática a que terá chegado este químico?
TEMA 3: Lei de Boyle-Mariotte
Na segunda metade do século XVII, o físico irlandês Robert Boyle e o físico francês
Edmé Mariotte estudaram, separada e independentemente, o comportamento de
diversas amostras gasosas, mantendo constante a temperatura durante os ensaios.
Desconhecendo os trabalhos de um e de outro, esta lei foi descoberta por Boyle em
1662 e por Mariotte em 1676.
Nas suas experiências Boyle usou um tubo de vidro em forma de U, fechado numa
das extremidades. Encerrou uma amostra de ar no ramo fechado e mediu o seu
volume à pressão atmosférica, tendo verificado que o mercúrio, nessas condições,
estacionava ao mesmo nível nos dois ramos. Introduzindo mercúrio no ramo
aberto, a amostra é comprimida, diminuindo o seu volume.
Utilização do simulador PhET
Q 1. Para estudar esta lei e com a ajuda do simulador PhET complete a seguinte tabela:
Temperatura
(K)
Constante
Pressão
(atm)
P1 =
P2 =
P3 =
Volume
(dm3)
V1 =
V2 =
V3 =
Relação P/V
(atm dm-3)
Relação P.V
(atm dm3)
Q 2. Represente graficamente P (1/V) e P(V).
Q 3. Com base nos resultados obtidos e na análise do gráfico da questão anterior a que
conclusão terão chegado Boyle e Mariotte?
Q 4. Qual a relação matemática a que terão chegado estes químicos?
Utilização do simulador Walter-fendt
Q 1. Para estudar esta lei e com a ajuda do simulador Wlater-fendt complete a seguinte
tabela:
Temperatura
(K)
Constante
Pressão
(atm)
P1 =
P2 =
P3 =
Volume
(dm3)
V1 =
V2 =
V3 =
Relação P/V
(atm dm-3)
Relação P.V
(atm dm3)
Q 2. Represente graficamente P (1/V) e P(V).
Q 3. Com base nos resultados obtidos e na análise do gráfico da questão anterior a que
conclusão terão chegado Boyle e Mariotte?
Q 4. Qual a relação matemática a que terão chegado estes químicos?
Ana Maria Medeiros
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