TERMODINÂMICA - Parte 1 - Lei dos gases

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TERMODINÂMICA (Parte 1) – Lei dos Gases
Equações:
· S = k ln W (Relaciona a entropia com o número de microestados)
· ΔSuniv = ΔSsis + ΔSviz > 0 (Segunda lei da termodinâmica – processos espontâneos)
· ΔSuniv = ΔSsis + ΔSviz = 0 (Segunda lei da termodinâmica – processos de equilíbrio) 
· ΔS°reac = ∑nΔS°(produtos) - ∑mΔS°(reagentes) (Variação da entropia padrão de uma reação)
· G = H – TS (Definição da energia livre de Gibbs)
· ΔG = ΔH – TΔS (Variação da energia livre à temperatura constante)
· ΔG°reac = ∑nΔG°f(produtos) - ∑mΔG°f(reagentes) (Variação da energia livre padrão de uma reação)
· ΔG = ΔG° + RT ln Q (Relação entre a variação de energia livre e a variação de energia livre padrão e o quociente de reação)
· ΔG° = -RT ln K (Relação entre variação de energia de Gibbs padrão e a constante de equilíbrio)
I - LEI DOS GASES
As leis dos gases são um conjunto de princípios que descrevem o comportamento dos gases em diferentes condições. Essas leis foram desenvolvidas por cientistas ao longo dos anos e fornecem uma base sólida para compreendermos o comportamento dos gases em diversas situações.
A primeira lei dos gases, conhecida como Lei de Boyle, estabelece que, a uma temperatura constante, o volume de um gás é inversamente proporcional à pressão exercida sobre ele. Em outras palavras, quando a pressão sobre um gás aumenta, o volume diminui e vice-versa. Essa lei pode ser expressa pela fórmula matemática: 
P₁V₁ = P₂V₂
onde P₁ e V₁ representam a pressão e o volume iniciais, e P₂ e V₂ representam a pressão e o volume finais.
Exemplo: Um gás tendo um volume de 255 mL a 725 torr. Que volume o gás ocupa a 365 torr se a temperatura do gás não se altera?
1 atm = 101,325 kPa = 760 torr; 1 torr = 1 mmHg
P1V1 = P2V2
V2 = P1V1 / P2 = 725 torr x 255 mL / 365 torr = 507 mL
A segunda lei dos gases, conhecida como Lei de Charles, afirma que, a uma pressão constante, o volume de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta, medida em Kelvin. Isso significa que, quando a temperatura de um gás aumenta, seu volume também aumenta, desde que a pressão seja mantida constante. A fórmula matemática para essa lei é:
onde V₁ e T₁ representam o volume e a temperatura iniciais, e V₂ e T₂ representam o volume e a temperatura finais.
Exemplo: Um gás tem um volume de 3,86 L à temperatura de 45 °C. Qual será o volume do gás se sua temperatura for elevada a 80 °C mantendo-se constante a sua pressão?
V1/T1 = V2/T2
V2 = V1 x T2 / T1
V2 = 3,86 L x 80 °C / 45 °C = 6,86 L
A terceira lei dos gases, conhecida como Lei de Gay-Lussac, estabelece que, a um volume constante, a pressão de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Isso significa que, quando a temperatura de um gás aumenta, sua pressão também aumenta, desde que o volume seja mantido constante. Essa lei pode ser expressa pela fórmula matemática: 
onde P₁ e T₁ representam a pressão e a temperatura iniciais, e P₂ e T₂ representam a pressão e a temperatura finais.
Exemplo: Uma amostra de um gás tem uma pressão de 850 torr à 285 °C. A que temperatura, na escala Celsius, o gás deve ser aquecido para dobrar o valor de sua pressão, mantendo-se seu volume constante?
P1/T1 = P2/T2
850 torr / 285 °C = (2 x 850 torr) / T2
T2 = 570 °C
Além dessas leis, existe ainda a Lei de Avogadro, que estabelece que volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas. Essa lei é expressa pela fórmula matemática: 
onde V₁ e n₁ representam o volume e o número de moléculas iniciais, e V₂ e n₂ representam o volume e o número de moléculas finais.
Essas leis dos gases são fundamentais para o estudo da termodinâmica e são amplamente aplicadas em várias áreas da ciência e da engenharia, como na indústria química, na meteorologia e na física dos gases. Ao compreender essas leis, podemos prever e descrever com precisão o comportamento dos gases em diferentes situações e utilizar esse conhecimento para resolver uma ampla gama de problemas práticos.
A equação geral dos gases é conhecida como a Equação dos Gases Ideais ou a Equação de Estado dos Gases Ideais. Ela estabelece a relação entre a pressão (P), o volume (V), a temperatura (T) e a quantidade de substância (n) de um gás. A equação é expressa da seguinte forma:
PV = nRT
Onde:
· P é a pressão do gás, medida em pascal (Pa) ou em atmosferas (atm).
· V é o volume ocupado pelo gás, medido em metros cúbicos (m³) ou em litros (L).
· n é a quantidade de substância do gás, medida em moles (mol).
· R é a constante dos gases ideais, que tem o valor de 8,314 J/(mol·K) ou 0,0821 atm·L/(mol·K), dependendo das unidades utilizadas.
· T é a temperatura do gás, medida em kelvin (K).
Essa equação relaciona as propriedades fundamentais dos gases e permite calcular uma das variáveis (pressão, volume, temperatura ou quantidade de substância) quando as outras três são conhecidas. Ela é especialmente útil para descrever o comportamento de gases ideais, que seguem perfeitamente as leis dos gases em diferentes condições.
No entanto, é importante destacar que a equação dos gases ideais é uma aproximação que se aplica melhor a gases em baixas pressões e altas temperaturas, onde as interações entre as moléculas do gás são consideradas desprezíveis. Em condições extremas, como altas pressões ou baixas temperaturas, os gases reais podem se desviar do comportamento previsto pela equação dos gases ideais, e modelos mais complexos devem ser utilizados para descrever seu comportamento.