FÍSICA
X SAIR
Capítulo 1:Estudo dos gases
Capítulo 2:Equação de um gás ideal
X SAIR
Capítulo 1
Estudo dos gases
MA
RT
IN
F.
CH
ILLM
AID
/S
CIE
NC
E
PH
OTO
LIB
RA
RY
/LA
TIN
ST
OC
K
X SAIR
O estado gasoso
1 Estudo dos gases
CO
RE
L/
CID
JO
SÉ
GIL/
SH
UT
TE
RS
TO
CK
X SAIR
Estados físicos da matéria
1 Estudo dos gases
Sublimação(sólido emgás ou gásem sólido)
GásEvaporação
(líquido em gás)
Condensação(gás em líquido)
LíquidoSólido
Congelamento(líquido em sólido)
Fusão (sólidoou vidro em líquido)
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O estado gasoso
Gás: Pode ser visto como um conjunto demoléculas ou átomos em movimento permanentee aleatório, com velocidades que aumentamquando a temperatura se eleva.
- não apresentam volume ou forma definidos
- apresentam baixa densidade
- todos apresentam respostas semelhantes aoefeito de temperatura e pressão
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O estado gasoso
As variáveis de estado:
volume que ocupa ( V )
quantidade de matéria envolvida (n – número demoles)
pressão ( p )
temperatura ( T )
Equação de estado:
Exemplo de equação de estado:
( )nVTfp ,,=
V
nRTp =
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O estado gasoso: Variáveis de Estado
Um gás é caracterizado por três grandezas:
•Temperatura: estado de agitação das moléculas;
•Volume: espaço ocupado pelo corpo;
•Pressão: Relação entre Força e Área de contato.
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O estado gasoso
Pressão (p)
Volume (V)
Temperatura (T)
A transformação gasosa ocorre quando pelo menos
uma das variáveis de estado se modifica.
Variáveis de estado
1 Estudo dos gases
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Pressão
Dois blocos de mesmamassa. Os dois blocosexercem a mesma Forçamas em áreas diferentes.
A pressão em um gásconfinado é o resultado doimpacto das partículas coma fronteira ( parede) que ocontem.
Os conceitos associados a pressão atmosférica esua variação com a altitude
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PRESSÃO
Definição: A pressão é dada pelo quociente entre a forçaexercida por área de atuação. A unidade no SI de pressão éo Pascal (Pa) – newton por metro quadrado
Unidades Símbolo Valor
Pascal 1 Pa 1Nm-2, 1Kgm-1s-2
Bar 1 bar 105 Pa
Atmosfera 1 atm 101325 Pa
Torr 1 torr 101325/760 Pa
Milimetro de mercúrio1mmHg 133,322 Pa
Libra por polegada2 1 psi 6,894747 kPa
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Variáveis de estado de um gás
Volume: é igual ao volume do recipiente que o contém.
1m3 = 1000dm3 = 1000L
1dm3 = 1L = 1000cm3 = 1000mL
Pressão: quanto maior a altitude menor a pressão . A nível do mar :
1atm =760mmHg = 760 torr
Temperatura: nos interessam as escalas Celsius e Kelvin
T(K) = TC + 273
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Medida da pressão
Barômetro: Foi inventado no século 17 por umitaliano – Evangelista Torricelli
Descrição: Consiste em um tubo devidro vertical, fechado em umaextremidade, imerso com aextremidade aberta em um recipientecontendo um líquido.Funcionamento: o líquido atingeuma altura no tubo em que o peso dacoluna de líquido é igual à pressãoexercida (atmosférica)Equilíbrio Mecânico. Se o liquido foro mercúrio a coluna deve subir 760mm, que corresponde a pressãoatmosférica padrão.
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Medida da pressão
Manômetro: Modificação de um barômetro para medirpressões de um gás contido em um recipiente
Descrição: Consiste em um tubode vidro em U, parcialmentepreenchido com mercúrio, comuma extremidade conectada norecipiente e a outra podendo estarfechada ou aberta.Funcionamento: Mesmoprincípio de funcionamento dobarômetro, sendo que o equilíbrioé atingido no balanço do peso dacoluna de mercúrio com a pressãodo recipiente e a pressão naextremidade oposta
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GÁS IDEAL OU PERFEITO
MODELO DO GAS IDEAL
I – O gás ideal é constituído de um número muito elevado demoléculas que tem dimensões desprezíveis quando comparadoentre os espaços vazios entre elas.
II – As moléculas de um gás estão sempre em constantemovimento em todas as direções.
III- As moléculas de um gás se chocam entre si e com as paredesdo recipiente que as contem. As forças de interação entre elassão de curto alcance, ocorrendo somente entre as colisões.
IV- Os choques que ocorrem entre as próprias moléculas e entreelas e as paredes do recipiente são perfeitamente elásticas ede duração desprezível.
V – As moléculas são consideradas como pequenas esferas(pontos) em sua forma, pois se pretende analisar somente omovimento de translação e a energia associada a ele,desprezando-se os movimentos de rotação e as energiasassociadas a ele.
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Gases reais vs gases ideais
▪ Em um gás real, as moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas.
▪ Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam.
1 Estudo dos gases
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Transformações gasosas
▪ Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece
constante.
▪ Isobáricas: a pressão é mantida constante.
▪ Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o
volume permanece constante.
1 Estudo dos gases
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Transformação isotérmica
Lei de Boyle: a pressão exercida por um gás ideal é
inversamente proporcional ao seu volume.
p V = constante
Considerando o estado inicial A e
final B de um gás ideal sofrendo
uma transformação isotérmica,
temos:
pA VA = pB
VB
1 Estudo dos gases
DO
RLIN
G K
IN
DE
RS
LE
Y/
GE
TT
Y I
MA
GE
S
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Transformação isotérmica
1 Estudo dos gases
3p
3V
p
TT
V
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Transformação isotérmica
Isotermas
1 Estudo dos gases
p
T3
T2
T1
V
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Transformação isobárica
Experimento de Joseph-Louis
Gay-Lussac para transformações
a pressão constante
1 Estudo dos gases
DO
RLIN
G K
IN
DE
RS
LE
Y/
GE
TT
Y I
MA
GE
S
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Transformação isobárica
Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume ocupado por um
gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta
(em kelvins).
V = k T
(k = constante)
Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal
sofrendo uma transformação isobárica, temos:
1 Estudo dos gases
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Dilatação dos gases
Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o
mesmo coeficiente de dilatação volumétrica.
1 Estudo dos gases
X SAIR
Transformação isovolumétrica
1 Estudo dos gases
Tubo de vidro
Manômetro
DO
RLIN
G K
IN
DE
RS
LE
Y
X SAIR
Transformação isovolumétrica
Lei de Charles para transformações a volume
constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a
sua temperatura absoluta (em kelvins):
p = k T
(k = constante)
Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal
sofrendo uma transformação isobárica, temos:
1 Estudo dos gases
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Capítulo 2
Equação de um gás ideal
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Alteração simultânea das três variáveis deestado de um gás
▪ Número de Avogadro: 6,023 1023
▪ Mol: 1 mol contém 6,023 1023 partículas (átomos,
moléculas, elétrons etc.)
▪ Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas,
medida em gramas.
▪ Número de mols (n):
2 Equação de um gás ideal
n=mM
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Analisando a densidade e a massa molar
Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de
um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa
molar M.
2 Equação de um gás ideal
MB = MA
13
mB = mA
13
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Analisando as transformações isobáricas
Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso
é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura
do sistema.
2 Equação de um gás ideal
X SAIR
Analisando as transformações isotérmicas
Sob temperatura constante, a densidade de um sistema
gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão
do sistema.
2 Equação de um gás ideal
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Equação de Clapeyron
As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e
temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n
mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos
gases perfeitos (ou ideais):
p V = n R T
2 Equação de um gás ideal
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Lei geral dos gases ideais (ou perfeitos)
Igualando I e II, chegamos à lei geral dos gases ideais:
2 Equação de um gás ideal
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Os Gases Reais
Comportamento: Os gases reais tem seu comportamento
diferenciado dos ideais e este desvio é explicado pelas
interações moleculares
Tipos de interação:
Forças atrativas contribuem para
a compressão
Forças repulsivas contribuem para
a expansão
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Fator de compressibilidade
Definição: relação entre volume do gás real pelo volume
do gás com comportamento ideal
RT
pVZ m=
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Volume molar de gasesNas condições padrões
Gás Vm (dm3mol-1)
Gás ideal 24,7896*
Amônia 24,8
Argônio 24,4
Dióxido de Carbono 24,6
Nitrogênio 24,8
Oxigênio 24,8
Hidrogênio 24,8
Hélio 24,8
*A STP (ooC, 1 atm) Vm= 24,4140
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Z – Representação Gráfica
RT
pVZ m=
Para um gás ideal Z = 1
Para pressões muito baixas Z =
1 para todos os gases
Para pressões elevadas Z > 1
(mais difícil comprimir)
Para pressões intermediárias Z
< 1 (mais fácil comprimir)
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Gás Ideal x Gás Real
X SAIR
Gás Ideal x Gás Real
Gás Ideal Gás Real
X SAIR
Gás Ideal x Gás Real
A velocidade da bola verde aocolidir com a parede édiminuída pelas forças atrativascom as bolas vermelhas.
a pressão de um gás real é menor quanto maior for a atração entre suas partículas.
A partícula do gás real tem volume real
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Novas equações
Uma modificação da lei geral dos gases foi proposta por Johannes Van der Waals em 1873, levando em conta o tamanho das partículas e as interações intermoleculares. Esta é conhecida como a Equação de Estado de van der Waals.
( ) 2
mm V
a
bV
RTp −
−=
Na Equação de Estado de van derWaals, o parâmetro a corrige apressão ideal para a pressão real eestá relacionado às forças atrativasentre as partículas do gás. Oparâmetro b corrige o volume molare relaciona-se com o tamanho destaspartículas.
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Temperatura de Boyle
Definição: Na temperatura de Boyle as propriedades dogás real coincidem com as do gás perfeito naspressões baixas.
Existe uma temperatura TBonde o gás se comporta comoum gás perfeito por umaampla faixa de pressão
X SAIR
Comportamento Real/Coordenada Crítica
T
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