GASES

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

CAIO HENRIQUE TAVARES PASQUALINI

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

CAPÍTULO 10

1- CARACTERÍSTICAS DOS GASES

• POSSUEM FORMA E VOLUME INDEFINIDOS;

• PELO FATO DE SEREM COMPOSTOS MOLECULARES SIMPLES, POSSUEM BAIXA MASSA MOLECULAR;

• FORMAM MISTURAS HOMOGÊNEAS E SÃO BASTANTE COMPRESSÍVEIS DEVIDO AO GRANDE ESPAÇAMENTO ENTRE SUAS MOLÉCULAS;

• SUBSTÂNCIAS LÍQUIDAS E SÓLIDAS PODEM EXISTIR NO ESTADO GASOSO, RECEBENDO O NOME DE VAPOR.

Pressão: É definida como sendo a força que atua numa superfície de área unitária.

P = F/A

- Os gases exercem pressão

na superfície em que estão

em contato;

- PRESSÃO ATMOSFÉRICA:

A gravidade age sobre os

gases atmosféricos pressio-

nando a superfície terrestre.

Patm = 1,01325 x 105 N/m² = 1,01325 x 105 Pa = 760 mmHg = 1 atm

Temperatura: Compreende-se temperatura como a medida de calor ou frieza de um objeto. De fato, a temperatura determina a direção do fluxo de calor.

Volume: É o espaço ocupado pelo gás dentro de um determinado recipiente.

2 – LEI GERAL DOS GASES

OS GASES APRESENTAM O COMPORTAMENTO GOVERNADO POR 3 LEIS SIMPLES. ESSAS LEIS RELACIONAM O VOLUME COM PRESSÃO E TEMPERATURA.

O GÁS QUE OBEDECE ESSAS LEIS É CHAMADO DE

GÁS PERFEITO OU GÁS IDEAL. AS 3 LEIS SÃO:- LEI DE BOYLE;- LEI DE CHARLES;- LEI DE AVOGADRO.

LEI DE BOYLE

O VOLUME DE CERTA QUANTIDADE FIXA DE UM GÁS, MANTIDO À TEMPERATURA CONSTANTE, É INVERSAMENTE PROPORCIONAL À PRESSÃO. OU SEJA, SE A PRESSÃO SOBRE UM BALÃO DIMINUI, ELE SE EXPANDE.

P1∙V1 = P2∙V2

LEI DE CHARLES

O VOLUME DE CERTA QUANTIDADE FIXA DE UM GÁS, MANTIDO À PRESSÃO CONSTANTE, É DIRETAMENTE PROPORCIONAL À RESPECTIVA TEMPERATURA ABSOLUTA. OU SEJA, O AR EM UM BALÃO SE EXPANDE À PROPORÇÃO QUE É AQUECIDO, FAZENDO-O SUBIR.

V1/T1 = V2/T2

LEI DE AVOGADRO

O VOLUME DE UM GÁS, MANTIDO À TEMPERATURA E PRESSÃO CONSTANTES, É DIRETAMENTE PROPORCIONAL À QUANTIDADE DE MATÉRIA DO GÁS. OU SEJA, SE ADICIONARMOS GÁS A UM BALÃO, O VOLUME TENDE A AUMENTAR.

V1/N1=V2/N2

TOMANDO POR BASE AS 3 LEIS ANTERIORMENTE APRESENTADAS, CHEGAMOS À EQUAÇÃO DOS GASES IDEAIS:

P.V = n.R.T

EXEMPLO DE APLICAÇÃO DA EQUAÇÃO DO GÁS IDEAL

1 CaCO3(s) → 1 CaO(s) + 1 CO2(g)

P = 1,3 atmV = 250 mL = 0,25 LT = 31ºC = 304 K

QUAL A QUANTIDADE DE MATÉRIA DE CO2 PRODUZIDA?

P∙V = n∙R∙T n = (P∙V)/(R/T) n = (1,3∙0,25)/(0,0821∙304)

n = 0,013 mol de CO2

DENSIDADE DOS GASES

DA EQUAÇÃO GERAL DOS GASES:

P∙V = n∙R∙T

P∙V = (m/M)∙R∙T

(P∙M)/(R∙T) = m/V

D = (P∙M)/(R∙T)

3 – MISTURA DE GASES E PRESSÕES PARCIAIS

ATÉ AQUI TEMOS TRABALHADO APENAS COM GASES PUROS (UMA ÚNICA SUBSTÂNCIA NO ESTADO GASOSO). COMO SE LIDA COM GASES FORMADOS POR UMA MISTURA DE SUBSTÂNCIAS DIFERENTES?

JONH DALTON, ESTUDANDO AS PROPRIEDADES DO AR OBSERVOU QUE “A PRESSÃO TOTAL DE UMA MISTURA DE GASES É IGUAL À SOMA DAS PRESSÕES PARCIAIS QUE CADA GÁS EXERCERIA SE ESTIVESSE SOZINHO".

PPtotaltotal = P = P11 + P + P22 + ... + P + ... + Pnn

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

UMA MISTURA GASOSA DE 16 g DE O2 E 4 g DE CH4 É COLOCADA EM UM RECIPIENTE DE 15 L A 0ºC. QUAL É A PRESSÃO PARCIAL DE CADA COMPONENTE E A PRESSÃO TOTAL NO RECIPIENTE?

QUANTIDADE DE O2 0,5 MOL DE O2

QUANTIDADE DE CH4 0,25 MOL DE CH4

O2 P1 = n1∙R∙T/V = 0,5 ∙ 0,0821 ∙ 273/15 = 0,7471 atm

CH4 P2 = n2 ∙ R ∙ T/V = 0,25 ∙ 0,0821 ∙ 273/15 = 0,374 atm

PRESSÃO TOTAL Pt = P1 + P2 = 1,12 atm

4 – TEORIA CINÉTICA MOLECULAR

PUBLICADA POR RUDOLF CLAUSIUS, É RESUMIDA PELAS SEGUINTES AFIRMAÇÕES:

- OS GASES CONSISTEM EM MOLÉCULAS EM MOVIMENTO CONTÍNUO E ALEATÓRIO;

- O VOLUME DAS MOLÉCULAS DO GÁS É DESPRESÍVEL SE COMPARADO AO VOLUME ONDE O GÁS ESTÁ CONTIDO;

- AS FORÇAS ATRATIVAS E REPULSIVAS ENTRE AS MOLÉCULAS DO GÁS SÃO DESPRESÍVEIS;

- AS COLISÕES ENTRE AS MOLÉCULAS DO GÁS SÃO PERFEITAMENTE ELÁSTICAS;

- A ENERGIA CINÉTICA MÉDIA DAS MOLÉCULAS DO GÁS É PROPORCIONAL À TEMPERATURA.

CONSEQUÊNCIAS DA TEORIA CINÉTICA MOLECULAR

- O efeito de um aumento de volume à temperatura constante:

Temperatura constante significa que a velocidade média quadrática, μ, não varia. Se o volume aumenta, as moléculas percorrem uma distância maior entre colisões. Dessa forma, existem menos colisões por unidade de tempo com as paredes do recipiente, e a pressão diminui. O modelo explica de maneira simples a Lei de Boyle.

- O efeito do aumento da temperatura a volume constante:

Aumento na temperatura significa aumento em μ. A volume constante, haverá mais colisões com as paredes por unidade de tempo. Além disso, as moléculas chocam-se contra as paredes com mais força. O modelo explica o aumento de pressão observado.

5 – EFUSÃO E DIFUSÃO MOLECULAR

• EFUSÃO: É A FUGA DAS MOLÉCULAS POR MINÚSCULOS ORIFÍCIOS

• DIFUSÃO: É O ESPALHAMENTO DE UMA SUBSTÂNCIA PELO ESPAÇO (EX: MOLÉCULAS DE PERFUME).

A SEGUINTE EQUAÇÃO EXPRESSA QUANTITATIVAMENTE A VELOCIDADE DE EFUSÃO DAS MOLÉCULAS:

V =

LEI DE GRAHAM

SUPONHA DOIS GASES À MESMA TEMPERATURA E PRESSÃO EM RECIPIENTES COM BURACOS IDÊNTICOS. SE AS TAXAS DE EFUSÃO DAS SUBSTÂNCIAS SÃO R1 E R2, E SUAS RESPECTIVAS MASSAS MOLARES SÃO M1 E M2, A LEI DE GRAHAM AFIRMA:

R1/R2 = √M2/√M1

OU SEJA, QUANTO MAIS LEVE FOR O GÁS, MAIS RAPIDAMENTE ELE SE EFUNDIRÁ.

6 – GASES REAIS

DESVIO DO COMPORTAMENTO IDEAL

EMBORA A EQUAÇÃO DO GÁS IDEAL SEJA ÚTIL EM DESCREVER OS GASES, OS GASES SÓ OBEDECEM ESSA RELAÇÃO ATÉ UM CERTO PONTO. ISSO SE DEVE À DESCONSIDERAÇÃO DO VOLUME DAS MOLÉCULAS E DAS FORÇAS DE ATRAÇÃO ENTRE ELAS.

TEMPERATURA: COM O DECRÉSCIMO DA TEMPERATURA, AS PARTÍCULAS DO GÁS MOVEM-SE MAIS LENTAMENTE. ISSO AUMENTA O EFEITO DAS FORÇAS ATRATIVAS, QUE FAZEM COM QUE A PRESSÃO EFETIVA SOBRE AS PARTÍCULAS DO GÁS SEJA MAIOR QUE A PRESSÃO MEDIDA. ISSO TORNA O VOLUME MOLAR MENOR QUE O CALCULADO PELA LEI DOS GASES IDEAIS.

P∙VR∙T

P (atm)

PRESSÃO: A ALTAS PRESSÕES, A DISTÂNCIA ENTRE AS MOLÉCULAS DIMINUI, AUMENTANDO AS FORÇAS DE ATRAÇÃO ENTRE ELAS, ASSIM A FORÇA DAS COLISÕES COM O RECIPIENTE DIMINUI, DIMINUINDO A PRESSÃO. NESSE CASO, A PRESSÃO SE TORNA MAIS BAIXA EM RELAÇÃO À DO GÁS IDEAL.

P∙VR∙T

P (atm)

EQUAÇÃO DE VAN DER WAALS

JOHANNES VAN DER WAALS DESENVOLVEU UMA EQUAÇÃO ÚTIL PARA DETERMINAR O COMPORTAMENTO DE GASES REAIS.

COM a E b CONSTANTES QUE DEPENDEM DO GÁS ESTUDADO

7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- “QUÍMICA: A CIÊNCIA CENTRAL” – BROWN, LEMAY, BURSTEN

- “QUÍMICA GERAL” – SCHAUM, ROSEMBERG

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