10082015090626176

Profa. Maria Fernanda - Química
[email protected]
Por que precisamos calibrar os pneus dos carro?
Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=9aAPOMTHYjE
 Pressão abaixo da recomendada reduz a durabilidade do pneu,
aumenta o consumo de combustível e favorece o risco de acidentes
na pista.
 O correto é calibrar os pneus a cada 15 dias. Sempre com pneus
frios, ou seja, tendo rodado no máximo 3 quilômetros.
 A pressão deve ser sempre a recomendada pelo fabricante do
veículo, que em alguns carros está fixada na porta do motorista. Se
não for o caso, no manual está descrita a pressão adequada.
O que significa calibrar os pneus? Qual ou quais
substâncias químicas são utilizadas na calibragem?
Se não quiser ou puder (por falta de ter onde fazê-lo) calibrar seus pneus com
nitrogênio,
fazendo
com ar os
comprimido
mesmo,
atenha a
O quecontinue
significa
calibrar
pneus?
Qualmas,ouse quais
importância de fazê-lo com regularidade, para sua melhor segurança, desempenho da
substâncias químicas são utilizadas na calibragem?
moto e durabilidade dos pneus.
Ar comprimido
 Mistura
homogênea
Nitrogênio
(N2(g)) 
substância
pura
O ar comprimido contém água, vapor de água e oxigênio, o que
ataca os aros metálicos e encurtam a vida das borrachas.
A perda de pressão do ar comprimido
é maior do que que no caso do
nitrogênio.
O nitrogênio é um gás estável que tem propriedades de manter
os pneus com a pressão correta por muito mais tempo do que o ar
comprimido.
Questionamentos:
1- Como se comportam os gases dentro dos pneus?
2- Como o ar dentro do pneu consegue sustentar o peso de um
carro?
3- Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
4- Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
5- Por que todos os pneus “perdem” pressão?
Para responder a essas perguntas precisamos tecer alguns
conhecimento químicos . Precisamos elaborar um modelo para os
gases.
Não podemos observar (ver) o comportamento das
partículas (moléculas) de m gás, mas podemos
elaborar um modelo para estudá-lo.
Como se comportam os gases dentro dos pneus?
A teoria cinética dos gases (ou teoria do gás ideal) consiste em um
modelo que nos permite explicar como os gases se comportam, já que
não podemos ver as moléculas e os átomos que formam os gases.
 Gases são substâncias moleculares ou um elemento químico, como no
caso dos gases nobres.
Elemento químico
Como se comportam os gases dentro do pneus?
GÁS IDEAL
A Teoria cinética dos gases diz que:
- Todo gás é composto de inúmeras moléculas que se movimentam de
forma desordenada e com uma alta velocidade. Essa movimentação é
chamada agitação térmica. O grau dessa agitação serve para identificar
a temperatura dos gases.
- As moléculas dos gases têm um tamanho desprezível em relação às
distâncias entre elas, o que faz com que o volume ocupado pelas
moléculas de um gás seja praticamente desprezível.
- O gás ocupa todo o espaço do lugar onde está contido, devido às
moléculas dele se movimentarem em todas as direções.
- O fato do movimento das moléculas dos gases serem perpétuo, é
que, o choque delas contra si mesmas e contra as paredes do
recipiente onde o gás está contido, é perfeitamente elástico, o que faz
com que as moléculas não percam energia cinética nem quantidade de
movimento.
- As moléculas de um gás só interagem entre si quando elas colidem,
fora as colisões elas apresentam movimento retilíneo (MRU).
Como se comportam os gases dentro do pneus?
Teoria cinética dos gases
Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=vabV5HfvfN0
Conclusões:
1- A pressão exercida por um gás dentro de um recipiente resulta
justamente dos choques das partículas contra as paredes.
2- O choque entre duas partículas de um gás e entre uma partícula de um
gás e o recipiente, ocorre de forma perfeitamente elástica, isto é, a energia
mecânica (energia cinética / movimento + energia potencial / posição) total
das duas partículas que colidem permanece inalterada, embora uma possa
perder energia para a outra.
3- Estando em movimento contínuo, as partículas de um gás possuem uma
energia cinética (EC) que depende da massa(m) e da velocidade (v) das
partículas.
Fórmula matemática da energia cinética
Como se comportam os gases dentro do pneus?
Teoria cinética dos gases
Atenção: mesmo que as partículas de uma mesma substância (gás) tenham
a mesma massa (m) a velocidade delas poderão ser diferentes. Logo, terão
energia cinética diferentes. Assim, falamos em energia cinética média. Esta
é proporcional à temperatura do gás.
EC= k.T (k= cst de proporcionalidade)
Como o ar dentro do pneu consegue sustentar o peso de
um carro?
Dentro do pneu, o choque das partículas dos gases contra as paredes
internas do pneu (que ocorre igualmente em todas as direções) é o que o
mantém cheio por igual (sem deformação). O ar dentro do pneu exerce uma
dada pressão interna. O fabricante do veículo informa a pressão necessária
em cada pneu, de modo que, no total, os quatro pneus juntos exercem uma
pressão igual à do peso do carro (força). Dessa forma, o ar dentro dos
pneus consegue “sustentar” o peso do veículo.
Qual é a unidade de pressão?
Pressão é a relação entre a intensidade de uma força que age
perpendicularmente sobre uma superfície e a área dessa
superfície. Matematicamente, temos que a pressão é dada por:
N (newton)
N/m2 = Pa (pascal)
m2
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Para respondermos a essa questão, precisamos estudar sobre o estado de
um gás. Este fica definido quando conhecemos os valores exatos de seu
volume, de sua pressão e de sua temperatura.
Se ocorrer alguma alteração em pelo menos umas dessas três variamos
dizemos que o gás sofreu uma mudança ou transformação de estado.
Os estudos gases se dão com os mesmos em um sistema fechado.
Número de partículas de gás
contido no sistema é sempre
constante.
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Transformações de estado dos gases
A – Transformação isotérmica
Em uma transformação isotérmica, provoca-se a variação do volume e da
pressão de determinado gás, porém mantém-se a temperatura constante.
Se dobrarmos a pressão de um gás, seu
volume reduzirá pela metade e assim por
diante. Quando duas grandezas como
essas são inversamente proporcionais, o
seu produto é uma constante; desse modo,
matematicamente, essa relação pode ser
representada assim:
Simulação
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Transformações de estado dos gases
A – Transformação isotérmica
Isoterma
Lei de Boyle ou Lei de Boyle-Mariotte:
“Sob temperatura constante, o volume
ocupado por determinada massa fixa de
um gás é inversamente proporcional à
sua pressão.”
Exemplo: Considere que um recipiente com
êmbolo móvel, capaz de deslizar sem atrito,
contém 20 litros de O2(g) sob pressão de 160
kPa a 298 K. Que volume de gás passará a
ocupar se a pressão for reduzida para 80 kPa
nessa mesma temperatura? 40 L
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Transformações de estado dos gases
A – Transformação isobárica
Em uma transformação isobárica, provoca-se a variação do volume e da
temperatura de determinado gás, porém mantém-se a pressão constante.
Simulação
Se dobrarmos a temperatura, o volume
ocupado pelo gás também dobrará. Por outro
lado, se diminuirmos a temperatura, o volume
do gás também diminuirá na mesma
proporção. Quando duas grandezas como
essas são diretamente proporcionais, o seu
quociente é uma constante; desse modo,
matematicamente, essa relação pode ser
representada assim:
V=k
T
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Transformações de estado dos gases
A – Transformação isobárica
Lei de Charles/Gay-Lussac:
Isóbara
“Num sistema com pressão constante, o
volume de determinada massa fixa de um
gás é diretamente proporcional à
temperatura.”
Exemplo: Considere um recipiente fechado,
dotado de um êmbolo que pode se deslocar
sem atrito, com nitrogênio gasoso, N2(g)
ocupando inicialmente um volume de 9L na
temperatura de 25ºC e sob uma pressão de 210
kPa. Mantendo-se a pressão constante e
aumentando-se a temperatura para 174ºC, qual
é o valor do volume que passa a ser ocupado
pelo gás nessa temperatura? 13,5 L
T/K=T/ºc+273,15
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Transformações de estado dos gases
A – Transformação isocórica
Em uma transformação isocórica, provoca-se a variação da temperatura e
da pressão de determinado gás, porém mantém-se o volume constante.
2T
4P
T
2P
T/2
P
Quando duas grandezas como essas são
diretamente proporcionais, o seu produto é
uma
constante;
desse
modo,
matematicamente, essa relação pode ser
representada assim: P = k
Simulação
T
Se o volume e a massa do gás
permanecessem constantes e a
temperatura fosse dobrada , indo
de T para 2T, então a pressão
também dobraria, indo de P para
2P. Além disso, se diminuir a
temperatura, por exemplo, pela
metade, indo de T para T/2, o
resultado seria que a pressão
também diminuiria pela metade,
de P para P/2.
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Transformações de estado dos gases
A – Transformação isocórica
Lei de Charles e Gay-Lussac
“Num sistema fechado em que o volume é
mantido constante, verifica-se que a pressão
exercida por determinada massa de gás é
diretamente proporcional à sua temperatura
termodinâmica.”
Exemplo: A pressão total do ar no interior de um pneu
era de 2,30 atm quando a temperatura do pneu era de
27ºC. Depois de ter rodado um certo tempo com esse
pneu, mediu-se novamente sua pressão e verificou-se
que esta era agora de 2,53 atm. Suponha a variação de
volume do pneu desprezível, a nova temperatura será?
Isócora
Por que não podemos calibrar os pneus quentes?
Sabemos pela lei de Lei de Charles/Gay-Lussac para as transformações
isocóricas que se aumentarmos a temperatura do gás contido em um
sistema fechado (como o pneu) com volume constante, a pressão
aumenta. Isso interfere na pressão dos pneus, que passa a ser maior do
que a real.
Equação geral dos gases
A partir da combinação das três equações das
transformações gasosas (isotérmica, isobárica,
isocórica) representadas respectivamente
pelas equações: PV = K; V/T = K; P/T = K
levou à uma nova equação.
Equação geral dos gases:
Equação geral dos gases
A equação geral dos gases mantém a relação de proporcionalidade
entre as variáveis de estado (P, T e V). Se fizermos um gráfico da
transformação de estado que ocorre ao mesmo tempo com as três
variáveis, obteremos duas hipérboles isotermas: Ti e Tf, senso Ti <
T f.
Estado Inicial Estado Intermediário Estado Final
A
O ponto A indica o estado inicial,
o ponto B o estado intermediário
e o ponto C o estado final da
transformação do gás ideal.
B
C
Trans. Isobárica
Trans. Isotérmica
Volume variou de Vx para Vf;
Volume variou de Vi para Vx;
A pressão variou de Pi para Px A temperatura variou de Ti para
Tf (sendo Ti=Tx)
(sendo Py=Pf)
A pressão permanece cst.
A temperatura permanece cst.
Equação de Clapeyron
A equação desenvolvida por Émile Clapeyron relaciona as três variáveis de
estado (pressão, volume e temperatura) com a quantidade de partículas
(número de mols de partículas) que compõe um gás ideal.
A
relação
que
ficou
conhecida
como
A
Equação
Clapeyron ou Equação de um gás ideal se dá da seguinte forma:
de
pV=nRT
onde:
R: constante universal dos gases perfeitos. Seu valor depende das
unidades utilizadas para medir as variáveis de estado, podendo ser:
O valor da constante universal dos gases
perfeitos deve ter as mesmas unidades
que as demais grandezas.
Equação de Clapeyron
Origem da Equação de Clapeyron
Eq. Geral dos gases 

K = constante
Isolando o volume e chamando a cst. de R teremos:
V= R x T/P
A hipótese de Avogadro nos diz que:
1 mol de gás  ocupa um volume de 1V
2 mols de gás  ocupa um volume de 2v
Logo:
“Volumes iguais de gases
diferentes
nas
mesmas
condições
de
pressão
e
temperatura contêm o mesmo
número de moléculas.”
Equação de Clapeyron
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Para respondermos a essa pergunta
comportamento das misturas gasosas.
precisamos
estudar
o
As descrições sobre o comportamento dos gases ideais fornecidas pela
teoria cinética dependem apenas da quantidade de matéria (número de
moléculas do gás) no sistema e não do tipo de elemento ou substância
de que os gases são constituídos.
Assim, as relações estudadas (equação de Claperyon) é válida tanto
para um único gás quanto para uma mistura gasosa, já que
consideramos que não existe interações entre as moléculas dos gases,
isto é, eles não reagem formando novas substâncias.
Simulação
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Contudo, n (número de mols) na Equação de Claperyon será escrito
como a soma do número de mols de cada espécie de gás que existe no
sistema.
Considerando os gases ideais hipotéticos A e B
PV=nRT  gás ideal
n= nA + nB
P x V = (nA + nB) x R x T  mistura de gases ideais
Veremos a seguir algumas relações básicas entre cada espécie de gás
componente de uma mistura gasosa e todos os gases que compõem
essa mistura.
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar coprimido?
Relações:
 Fração em quantidade de matéria (X)
A fração em quantidade de matéria (X) de um gás A qualquer em uma
mistura gasosa a relação existente entre a quantidade de matéria desse
gás e a quantidade de matéria total dos gases presentes na mistura.
Considerando os gases ideais hipotéticos A e B
ntotal= nA+Nb
nA /ntotal + nb/ntotal = ntotal /ntotal = 1
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Relações:
 Pressão parcial
A pressão parcial que um gás exerce em uma mistura gasosa exerce é
igual àquela que ele exerceria se estivesse sozinho, à mesma
temperatura.
Pressão do Gás ideal sozinho
Pressão parcial Gás ideal hipotético 1
Pressão parcial Gás ideal hipotético 2
Mistura de
gases
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Relações:
 Pressão parcial
Lei das pressões parciais ou lei de Dalton:
“A pressão total exercida por uma mistura gasosa é igual à soma das
pressões parciais dos gases que compõem a mistura.”
Relação entre a pressão que
uma mistura de gases exerce
em um recipiente e a
quantidade de matéria total
dos gases presentes na
mistura.
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Relações:
 Pressão parcial
Se dividirmos a equação PA V = nA R T por Ptotal V = ntotal R T teremos:
PA = nA / Ptotal = ntotal
PA / Ptotal = nA / ntotal
XA
Expressão da pressão parcial em
porcentagem
% em pressão parcial = X%
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Relações:
 Volume parcial
O volume parcial ocupado por um gás em uma mistura gasosa é igual ao
volume que esse gás ocuparia se estivesse sozinho suportando toda a
pressão da mistura à mesma temperatura.
Equação de estado  PV=nRT
Volume parcial  PVA = nART
PVB = nBRT
Volume Gás ideal sozinho
Volume parcial Gás ideal hipotético A
Volume parcial Gás ideal hipotéico B
Mistura gasosa
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Relações:
 Volume parcial
Lei de Amagat
“O volume total de uma mistura gasosa é igual à soma dos volumes
parciais dos gases que a compõem.
Vtotal= ntotal RT/ P
Vtotal = (nA+ nB + nC + ...) RT/V
Relação entre a pressão que uma
mistura de gases exerce em um
recipiente e a quantidade de matéria
total dos gases presentes na mistura.
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Relações:
 Volume parcial
Se dividirmos a equação P VA = nA R T por P Vtotal = ntotal R T teremos:
VA = nA / Vtotal = ntotal
VA / Vtotal = nA / ntotal
XA
Expressão do volume parcial em
porcentagem
% em volume parcial = X%
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
Respondendo à questão acima:
Vimos que a pressão que um gás exerce e o volume que ele ocupa em
uma mistura gasosa, são equivalentes aos estados de quando estão
“sozinhos”. Logo, como a pressão do pneu é estipulada pelo fabricante
dos veículos, não haverá alteração na mesma caso calibremos o pneu
com ar comprimido ou com nitrogênio. A diferença estará apenas na
quantidade de matéria de cada espécie gasosa, uma vez que o volume
também não será alterado.
Ptotal= P1+P2+ P3
Vtotal= V1+ V2+V3
Relação entre a pressão do pneu e o sua
relação com a aderência no solo.
Ptotal= PN2
Vtotal= VN2
A pressão no pneu deverá ser a mesma
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
 Massa molar aparente
Quando temos uma mistura da gases, podemos afrimar que:
1) A massa total da mistura (mtotal) é igual à soma das massas de cada
gás.
2) A quantidade de matéria total da mistura (ntotal) é igual à soma das
quantidades de matéria de cada gás.
e, portanto,
Maparente =
, então
mtotal
ntotal
A massa molar aparente, Map, indica a massa de 1 mol de prtículas da
mistura.
Existe diferença entre o comportamento dos gases de um pneu
calibrado com nitrogênio e o outro com ar comprimido?
 Densidade aparente
Quando temos uma mistura gasosa podemos calcular sua densidade
aparente por meio da equação de Claperyon:
Pela equação acima podemos observar que a densidade é inversamente
proporcional à temperatura. Logo:
 Quanto maior a temperatura da mistura gasosa, menor será a
densidade.
 Quanto menor a temperatura da mistura gasosa, maior será a
densidade.
Por que todos os pneus “perdem” pressão?
Para respondermos a essa pergunta precisamos recorrer ao estudo de duas
propriedades dos gases: difusão e efusão.
Difusão  é o movimento espontâneo das partículas de um gás de se espalharem
uniformemente em meio às partículas de um gás, ou então, de atravessarem uma
parede.
Efusão  é o movimento espontâneo de escape das partículas de um gás contido
em um recipiente por um pequeno orifício para um ambiente externo de pressão mais
baixa.
SIMULAÇÃO
A partir da simulação concluímos que:
(a) as partículas (moléculas) mais pesadas (de maior massa) se movimentam com
uma velocidade menor do que aquelas que apresentam uma massa menor.
(b) A velocidade com as partículas de um gás se movimenta é diretamente
proporcional à temperatura. Logo, quanto maior a temperatura, maior a velocidade
das partícula.
Por que todos os pneus “perdem” pressão?
Os pneus perdem pressão devido às propriedades de difusão e efusão
das partículas que compõem os gases.
As moléculas do gás podem escapar pela
borracha devido à porosidade da mesma.
Como vimos os pneus calibrados com ar
atmosférico
“perdem”
pressão
mais
rapidamente do que o calibrado com
nitrogênio.
Isso de deve ao fato de que o N2(g) é uma substância estável, enquanto
que o O2(g), por exemplo, pode reagir com os componente metálicos que
compõem o pneu. Além do mais no ar comprimido há vapor de água que
com o aqueciemento do pneu pode evaporar.
FIM DO CAÍTULO DE GASES
APLICANDO O CNHECIEMNTO CONSTRUÍDO
Resolva os exercícios indicados a seguir:
Página 19  1 ao 4
Página 22 5 ao 8
Página 27  9 ao 12
Página 33  1 ao 5
Página 36 6 ao 11
Página 43  1 ao 3
Página 46  4 ao 7