Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Estudo dos gases
Professor Marco Antonio – www.netfisica.com
I- Gás e vapor:
- os gases são aquelas substâncias que estão ...
Estudo dos gases
Professor Marco Antonio – www.netfisica.com
IV- Condições normais de temperatura e pressão (CNTP):
Foram ...
Estudo dos gases
Professor Marco Antonio – www.netfisica.com
integralmente para outro recipiente de capacidade 40 L, sem q...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Estudo dos gases

2,660 views

Published on

Apostila sobre o estudo dos gases

Published in: Education
  • Be the first to comment

Estudo dos gases

  1. 1. Estudo dos gases Professor Marco Antonio – www.netfisica.com I- Gás e vapor: - os gases são aquelas substâncias que estão nessa fase à temperatura ambiente (ex: hidrogênio, oxigênio, etc) - os vapores são obtidos pelo aquecimento de líquidos ou sólidos (como água, iodo, etc) ou pelo processo lento e natural de evaporação. No entanto, todas as substâncias podem ser transformadas em gases acima do ponto crítico. A água, por exemplo, apresenta-se no estado gasoso acima de sua temperatura crítica que vale 374ºC. A diferença entre os dois consiste no fato de que é possível condensar (liquefazer) um vapor comprimindo-o convenientemente, o que não ocorre com um gás. II- Variáveis de estado: São grandezas que servem para caracterizar certa quantidade de gás: - Pressão (p): é a grandeza que mede indiretamente a quantidade de colisões das partículas contra as paredes do recipiente que contém o gás. - Volume (v): é a medida da capacidade oferecida pelo recipiente que contém o gás. - Temperatura (T): é a medida indireta da energia cinética média das partículas e caracteriza o grau de agitação dessas partículas. III- Transformações gasosas: Considerando-se certa quantidade de gás colocada em um recipiente, denominamos transformação gasosa qualquer operação em que pelo menos uma das variáveis de estado sofra alteração. - Transformação isotérmica (Lei de Boyle-Mariotte): Ocorre quando o gás sofre um processo de compressão ou descompressão à temperatura constante. Note que do aumento de pressão decorre uma redução no volume do gás e, ao diminuirmos a pressão sobre ele, o seu volume aumenta Graficamente: Com o aumento de temperatura, o produto p.V torna-se maior e as isotermas se afastam da origem dos eixos: - Transformação isobárica (Lei de Charles e Gay-Lussac): Processo que ocorre a uma pressão constante, quando o gás sofre um aumento de volume sob efeito de uma elevação de temperatura ou, quando esta se reduz, uma diminuição de volume devido às perdas de calor. Graficamente - Transformação isométrica (Lei de Charles): Processo que ocorre a volume constante, ou seja, o gás é aquecido ou resfriado no interior de um recipiente indeformável, com êmbolo fixo. Graficamente: III- Lei Geral dos gases perfeitos: Para fins de estudo, adota-se um gás hipotético, o gás perfeito ou ideal, que segue rigorosamente as leis dos gases e mantém-se sempre no estado gasoso. As leis das transformações isotérmica, isobárica e isométrica podem ser reunidas em uma expressão simples conhecida como Equação Geral dos Gases: onde k é uma constante que depende da natureza do gás, bem como de sua massa. 𝑉 𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 V1 T1 = V2 T2 p T = constante 𝑝1 𝑇1 = 𝑝2 𝑇2 𝑝1. 𝑉1 𝑇1 = 𝑝2. 𝑉2 𝑇2 𝑝. 𝑉 𝑇 = 𝑘 𝑝1 𝑉1 = 𝑝2 𝑉2
  2. 2. Estudo dos gases Professor Marco Antonio – www.netfisica.com IV- Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): Foram estabelecidas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) para estabelecer um estado de referência para o gás ideal, adotando-se como valores referenciais: - pressão: 1 atm = 105 Pa (pressão atmosférica ao nível do mar) - Temperatura: 0º C = 273 K Aplicação: ER1. Certo gás perfeito à temperatura de 25 °C, sob pressão de 1,6 atm, ocupa o volume de 20 litros em um recipiente provido de êmbolo móvel. Caso o gás sofra uma compressão isotérmica e o seu volume se reduza à metade, qual será a nova pressão no interior do recipiente? ER2. O diagrama abaixo (fora de escala) mostra duas isotérmicas, A e B, de uma mesma massa de um gás perfeito. Levando-se em conta os dados do diagrama, determine: a) a pressão p; b) a temperatura absoluta TB; c) o volume V. ER3. Certa massa gasosa, contida em um recipiente rígido de volume variável, inicialmente nas CNTP, ocupa um volume de 5 L. Fornecendo calor ao gás, sua temperatura sobe "isobaricamente" para 409,5 °C. Calcule o novo volume ocupado pelo gás. ER4. Determinada massa de gás perfeito está sob pressão de 6.105 Pa, ocupando um volume de 10 litros, à temperatura de 27 °C. Se o volume for reduzido à metade e a pressão dobrada, determine a temperatura final do gás, em °C. V- Teoria cinética dos gases: - Energia cinética média: A energia cinética média é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. Onde: - n é o número de mols de partículas do gás. Fazendo m = massa de gás e M = massa molecular, temos que n é dado pela expressão: - R é a constante universal dos gases ideais: R = 0,082 atm.L/mol.K - T é a temperatura absoluta (K) VI- Mistura de gases O químico e físico inglês John Dalton descobriu que as partículas dos gases podem interpenetrar-se e misturar-se em qualquer proporção, permanecendo separadas uma das outras, como no ar: Aplicação: ER8. Na figura, o balão A contém certa quantidade de gás perfeito A sob pressão de 2 atm, e o balão fi, outra quantidade de gás perfeito B sob pressão de 3 atm, ambos na mesma temperatura. Sabendo que o balão A possui o triplo da capacidade do balão B, calcule a pressão da mistura pouco depois de aberta a torneira que separa os dois gases, supondo que não houve variação na temperatura. VII- Exercícios: EP1. No fundo de um lago, onde a pressão é de 2,2 atm, forma-se uma bolha de ar com volume de 4,0 cm3 . Calcule o volume da bolha depois de ela subir à tona, onde a pressão atmosférica mede 1,0 atm. Admita que nessa transformação a massa do gás no interior da bolha e a temperatura permaneceram constantes. R: 8,8 cm3 EP2. O diagrama representa uma transformação isométrica de certa massa de gás ideal, inicialmente nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP). Determine: a) a pressão do gás quando a temperatura do sistema atinge 491,4 °C. R: 2,8 atm b) a temperatura, em graus celsius, quando a massa gasosa estiver sob pressão de 0,8 atm. R: -54,6 °C EP3. Uma garrafa plástica maleável com capacidade de 2 L, vazia e bem vedada com a tampa de rosca, é colocada no congelador de um refrigerador durante algumas horas. Ao ser retirada, a garrafa provavel- mente estará: a) cheia de gelo. b) estourada. c) da mesma forma que foi colocada. d) deformada e murcha. e) deformada e inchada. EP4. Um gás,inicialmente sob temperatura de 25 °C e pressão atmosférica normal, teve o seu volume triplicado "isobaricamente". Determine a temperatura em que isso aconteceu. R: 621 °C EP5. Certa quantidade de gás carbónico contido em um recipiente de 32 L, sob pressão de 1,0 atm e temperatura de 27 °C, foi transferido 𝐸𝑐𝑚 = 3 2 𝑛. 𝑅. 𝑇 n= m M 𝑝𝑉 𝑇 = 𝑝 𝐴 𝑉𝐴 𝑇𝐴 + 𝑝 𝐵 𝑉𝐵 𝑇𝐵
  3. 3. Estudo dos gases Professor Marco Antonio – www.netfisica.com integralmente para outro recipiente de capacidade 40 L, sem que a pressão tenha sido alterada. Como ficou a temperatura do gás, em °C, imediatamente após a transferência? R: A temperatura aumentou para 102 °C. EP6. Um cilindro com êmbolo móvel contém 24 L de gás nitrogênio, sob pressão de 15 atm e temperatura de 27 °C. Qual será o novo volume do gás à temperatura de 127 °C e pressão de 30 atm? R: 16 L EP7. Em um recipiente de capacidade de 15,5 L são colocados 110 g de CO2 (M = 44 g), à temperatura de 37 °C. Sendo dada a constante universal dos gases perfeitos R = 0,082 atm.L/mol.K, determine: a) o número de mol do gás carbônico. R: 2,5 mol b) a pressão do gás no interior do recipiente. R: 4,1 atm EP8. Um recipiente indeformável, provido de uma válvula, contém 300 g de um gás ideal, na temperatura de 27 °C e sob pressão de 1,5 atm. Pela válvula são injetados mais 600 g do mesmo gás e o recipiente é aquecido até a temperatura de 127 °C. Nessas condições, determine a nova pressão no interior do recipiente. R: 6,0 atm EP9. Determine a energia cinética média de 2 mol de gás perfeito que se encontram sob a temperatura de 57 °C. Para a constante universal dos gases perfeitos, use R = 8,31 J/mol.K. R: 8.226,9 J EP10. Calcule a energia cinética média de uma molécula de gás ideal que se encontra na temperatura de 87 °C. Dada a constante de Boltzmann k = 1,38 • 10"23 J/K. R: 7,45.10-21 J VIII- Aprofundamento e Revisão: 1. (EFOA-MG) Um gás perfeito, a uma pressão de 10 atm, ocupa um volume de 4 litros. Ele sofre uma transformação isotérmica e seu volume atinge 10 litros. A nova pressão exercida pelo gás é de: a) 4 atm b) 25 atm c) 100 atm d) 10 atm e) 250 atm 2. Um gás perfeito a 27 °C sofre uma expansão isotérmica de A para B, caindo sua pressão a 1/5 do valor inicial, conforme o gráfico a seguir. Determinar, para o estado B, o volume, a pressão e a temperatura do gás. TA = TB = 300 K = 27 °C, pB = 4 atm, VB = 50 L 3. Um cilindro de paredes rígidas e êmbolo móvel sem atrito contém um certo gás em seu interior, conforme indica a figura. Quando a temperatura é 27 °C, o volume ocupado pelo gás é 5 litros. Qual deve ser a temperatura para que o volume do gás seja 8 litros, mantendo a pressão constante? T2 = 207 °C 4. Dentro de um botijão existe determinada massa de gás ocupando o volume de 5 litros a 300 K e à pressão de 6 atmosferas. O botijão é esfriado até 200 K. Determine a pressão final, supondo invariável o volume do botijão. p2 = 4 atm 5. (UFIt-MG) Um motorista calibrou os pneus do seu carro à temperatura de 27 °C. Depois de rodar bastante, ao medir novamente a pressão, encontrou um resultado 20% superior ao valor da calibração inicial. Supondo-se invariável o volume das câmaras, a temperatura do ar comprimido deve ter atingido: a) 32 °C b) 320 K c) 360 K d) 300 K e) não temos dados para calculá-la 6. Uma dada massa de gás perfeito está num recipiente de volume 8,0 litros, à temperatura de 7,0 °C, exercendo a pressão de 4,0 atm. Reduzindo-se o volume a 6,0 L e aquecendo-se o gás, a sua pressão passou a ser 10 atm. Determine a que temperatura o gás foi aquecido. T2 = 525 K ou T2 = 252 °C 7. Determinada massa de gás num estado inicial A sofre a transformação ABC indicada no diagrama: Determine TB e VC. TB = 400 K e VC = 8L 8. O gráfico ilustra a isoterma de uma certa quantidade de gás que é levado do estado A para o estado C. Determine: a) o volume do gás no estado B; VB = 8 L b) a pressão do gás no estado C. pC = 2 atm

×