FISICOQUÍMICA-AULA DE INTRODUÇÃO

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PROPRIEDADE DOS GASES
Características dos gases:
Os gases são altamente compressíveis e ocupam o volume total de seus recipientes.
Quando um gás é submetido à pressão, seu volume diminui.
Os gases sempre formam misturas homogêneas com outros gases.
 A pressão de um gás é a força exercida pelas partículas nas paredes do recipiente por unidade de área:
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PROPRIEDADE DOS GASES
 A unidade SI de pressão é o Pascal = 1 kg m-1 s-2.
A gravidade exerce uma força sobre a atmosfera terrestre
Uma coluna de ar de 1 m2 de seção transversal exerce uma força de 105 N.
A pressão de uma coluna de ar de 1 m2 é de 100 kPa.
Unidades SI: 1 N = 1 kg m/s2; 
 1 Pa = 1 N/m2.
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A pressão atmosférica é medida com um barômetro.
Se um tubo é inserido em um recipiente de mercúrio aberto à atmosfera, o mercúrio subirá 760 mm no tubo.
A pressão atmosférica padrão é a pressão necessária para suportar 760 mm de Hg em uma coluna.
Unidades: 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325
  105 Pa = 101,325 kPa.
PROPRIEDADE DOS GASES
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PROPRIEDADE DOS GASES
A pressão atmosférica e o barômetro
As pressões de gases não abertos para a atmosfera são medidas em manômetros. 
Um manômetro consiste de um bulbo de gás preso a um tubo em forma de U contendo Hg:
Se Pgas < Patm então Pgas + Ph2 = Patm.
Se Pgas > Patm então Pgas = Patm + Ph2.
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Relação pressão-volume: lei de Boyle
A Lei de Boyle: o volume de uma quantidade fixa de gás é inversamente proporcional à sua pressão.
Boyle usou um manômetro para executar o experimento.
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Relação temperatura-volume: lei de Charles
Quando T é medida em C, a intercepção no eixo da temperatura é -273,15C. 
Definimos o zero absoluto, 0 K = -273,15C.
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A hipótese de Avogadro: volumes iguais de gases à mesma temperatura e pressão contém o mesmo número de moléculas.
A lei de Avogadro: o volume de gás a uma dada temperatura e pressão é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás.
Relação quantidade-volume: lei de Avogadro
Podemos mostrar que 22,4 L de qualquer gás a 0C e 1 atm de pressão contém 6,02  1023 moléculas de gás.
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Considere as três leis dos gases.
Podemos combiná-las em uma lei geral dos gases:
Lei de Boyle:
Lei de Charles:
Lei de Avogadro:
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Se R é a constante de proporcionalidade (chamada de constante dos gases), então
A equação do gás ideal é:
R = 0,08206 L atm mol-1 K-1 = 8,314 J mol-1 K-1
 
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Definimos TPP (temperatura e pressão padrão) = 0C (273,15 K), 1 atm.
O volume de 1 mol de gás na TPP é: 
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Em geral, se temos um gás sob dois grupos de condições, então:
Densidades de gases e massa molar
A densidade tem unidades de massa por unidades de volume. 
Reajustando a equação do gás ideal de modo a obter unidades de mol/ volume, teremos:
Multiplicando ambos os lados da equação pela massa molar, M:
O produto n x M = m, logo, ou 
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Volumes de gases em reações químicas
Considere a reação:
 
 2 VH2 VO2 2 VH2O
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Cada gás obedece à equação ideal dos gases:
Combinando as equações:
Pressões parciais e frações em quantidade de matéria.
Considere ni a quantidade de matéria de gás i exercendo uma pressão parcial Pi então:
	onde i é a fração em quantidade de matéria (ni /nt).
Mistura de gases e Pressões parciais
Uma vez que as moléculas de gás estão tão separadas, podemos supor que elas comportam-se independentemente.
A Lei de Dalton: em uma mistura gasosa, a pressão total é dada pela soma das pressões parciais de cada componente:
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Coletando gases sobre a água
É comum sintetizar gases e coletá-los através do deslocamento de um volume de água.
Para calcular a quantidade de gás produzido, precisamos fazer a correção para a pressão parcial da água.
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QUÍMICA GERAL I
Teoria desenvolvida para explicar o comportamento dos gases.
Teoria de moléculas em movimento.
Suposições:
Os gases consistem de um grande número de moléculas em movimento aleatório constante.
O volume de moléculas individuais é desprezível comparado ao volume do recipiente.
As forças intermoleculares (forças entre moléculas de gases) são insignificantes.
Teoria cinética molecular
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Suposições:
A energia pode ser transferida entre as moléculas, mas a energia cinética total é constante à temperatura constante.
A energia cinética média das moléculas é proporcional à temperatura.
A teoria molecular cinética nos fornece um entendimento sobre a pressão e a temperaturas no nível molecular.
A pressão de um gás resulta do número de colisões por unidade de tempo nas paredes do recipiente.
Teoria cinética molecular
A ordem de grandeza da pressão é dada pela freqüência e pela força da colisão das moléculas. 
As moléculas de gás têm uma energia cinética média.
Cada molécula tem uma energia diferente.
Há uma propagação de energias individuais de moléculas de gás em qualquer amostra de gases.
À medida que a temperatura aumenta, a energia cinética média das moléculas de gás aumenta.
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Efusão e difusão molecular
À medida que a energia cinética aumenta, a velocidade das moléculas do gás aumenta.
A energia cinética média de um gás está relacionada à sua massa :
Considere dois gases à mesma temperatura: o gás mais leve tem uma velocodade quadrática média (vqm) mais alta do que o gás mais pesado.
Matematicamente:
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Lei da efusão de Graham 
À medida que a energia cinética aumenta, a velocidade das moléculas do gás aumenta.
A efusão é a evasão de um gás através de um buraco pequeno (um balão esvaziará com o tempo, devido à efusão).
A velocidade da efusão pode ser medida.
Considere dois gases com massas molares M1 e M2, a velocidade relativa de efusão é dada por:
As moléculas escapam de seu recipiente para um espaço evacuado apenas quando ‘batem’ no buraco.
Consequentemente, quanto mais alta for a vqm, maior será a probabilidade de uma molécula de gás bater no buraco.
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Difusão e caminho médio livre
A difusão de um gás é a sua propagação pelo espaço.
A difusão é mais rápida para as moléculas de gás leves.
A difusão é significativamente mais lenta do que a velocidade vqm 
A difusão tem sua velocidade reduzida pelas colisões entre as moléculas de gás.
A distância média de uma molécula de gás entre as colisões é denominado caminho médio livre.
No nível do mar, o caminho médio livre é aproximadamente 6  10-6 cm.
A 100 Km de altitude o caminho livre médio é 10 cm. Um milhão de vezes maior que na superfície da terra.
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DESVIO DA IDEALIDADE
 ISOTERMA DE UM GÁS REAL 
Volume maior que V2  fase gasosa.
Entre V2 e V3  gás e líquido em
 equilíbrio.
Volume menor que V3  fase líquida.
Tc é a temperatura crítica.
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DESVIO DA IDEALIDADE
FATOR DE COMPRESSIBILIDADE (Z)
Vm = volume molar real ; Vmideal = volume molar ideal.
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DESVIO DA IDEALIDADE
EFEITO DA TEMPERATURA E DA PRESSÃO SOBRE O COMPORTAMENTO DO GÁS NITROGÊNIO.
Para Z=1  gás ideal
Para Z >1 forças REPULSIVAS
 predominam.
Para Z
<1 forças ATRATIVAS
 predominam.
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DESVIO DA IDEALIDADE
TB é a Temperatura de Boyle
Em TB,
Forças atrativas  forças repulsivas
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DESVIO DA IDEALIDADE
A EQUAÇÃO DE VAN DER WAALS
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APLICAÇÃO
Considere uma massa constante de ar seco a 1,00 atm em um
 cilindro de 80 cm3. Calcule o volume final da amostra, se a pressão no cilindro é elevada até 3,20 atm a temperatura constante.
Um balão meteorológico contém gás Hélio a 20 ºC e 1 atm. O volume do balão é 250 L. Quando o balão se eleva a uma altitude onde a temperatura é – 30 ºC, o seu volume mede 800 L. Qual é a pressão atmosférica nesse ponto?
Um composto orgânico volátil, responsável pelo odor de alho, a 177 ºC e 200 Torr tem uma densidade igual a 1,04 g L-1. Qual a massa molar desse composto?
A reação entre os gases H2 e O2 para formar água é usada em células combustível para fornecer eletricidade. Calcule a massa de água que pode ser produzida a partir de 100 L de oxigênio armazenado a 25 ºC e 1 atm.
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APLICAÇÃO
Considere uma mistura contendo 142,0 g de oxigênio e 335,0 g de neônio, em um cilindro com pressão total de 50 atm. Calcule a pressão parcial do oxigênio no cilindro. 
Em um processo industrial, um tanque de 100 L a 20ºC, contém 20 mols de CO2. Use a equação de van der Waals para estimar a pressão do tanque.
 Dado: a= 3,640 L2 atm mol-2; b = 4,267 x 10-2 L mol-1.
A) Com base no gráfico abaixo, coloque os gases reais em ordem crescente de facilidade de condensação (liquefação), até uma pressão de 100 atm. Justifique sua escolha. B) Explique TB.
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APLICAÇÃO
Se a pressão atmosférica é 0,985 atm, determine a pressão do gás confinado em cada um dos três casos apresentados no desenho abaixo: