Reações Químicas e Gases

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Uso indevido das reações químicas e nucleares II
2ª SÉRIE
Aula 15 – 3º bimestre
Química
Etapa Ensino Médio
Gases.
Avaliar os impactos negativos causados por armas químicas.
Conteúdo
Objetivo
(EM13CNT305) Investigar e discutir o uso indevido de conhecimentos das Ciências da Natureza na justificativa de processos de discriminação, segregação e privação de direitos individuais e coletivos, em diferentes contextos sociais e históricos, para promover a equidade e o respeito à diversidade.
Individualmente, analise e responda aos questionamentos:
Se um saco contendo batatas fritas for colocado, fechado, ao sol, ele vai estufar? Por que isso acontece?
Os rótulos das latas de aerossóis advertem sobre o fato de que elas não devem ser incineradas, pois podem explodir. Por que isso acontece?
Materiais como aerossóis, cilindros de gás, isqueiros, entre outros, são proibidos em malas despachadas. Qual é o motivo dessa restrição?
Para começar
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Grande parte dos gases são compostos moleculares e o restante são os gases nobres, que são constituídos por átomos isolados.
Essas substâncias são bastante compressíveis e expansíveis, e não apresentam volume fixo, ocupando o volume total do recipiente em que estão armazenados. Além disso, os gases são miscíveis entre si, independentemente da proporção.
Os gases
Foco no conteúdo
As partículas dos gases encontram-se muito afastadas, diminuindo significativamente a interação entre elas. Entretanto, essas partículas encontram-se em movimento contínuo e desordenado, chocando--se constante e uniformemente contra as paredes internas do recipiente no qual o gás está armazenado. Durante esses choques, as partículas exercem uma certa força por unidade de área. Essa relação é chamada de pressão, que é diretamente proporcional ao número de choques por unidade de área.
Foco no conteúdo
Durante esse estudo, vamos considerar o modelo do gás ideal, 
ou seja, seu volume molecular/atômico nulo e forças intermoleculares também nulas.
Quando estudamos um gás, devemos quantificar e relacionar as seguintes grandezas: pressão (P), volume (V), temperatura (T) e quantidade de substância, que é indicada pelo número de mol (n).
Pressão: Evangelista Torricelli concluiu experimentalmente que a pressão exercida pela atmosfera ao nível do mar é correspondente à pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 760 mm Hg. Assim, temos:
1 atm = 760 mm Hg = 760 torr ≅ 105 Pa (pascal)* = 1,0 bar.
Foco no conteúdo
Volume: o volume ocupado por um gás corresponde ao volume do recipiente que o armazena. As principais relações entre as unidades de volume são:
1 m3 – 1.000 L        1 dm3 – 1 L          1 L – 1.000 cm3 = 1.000 mL
Temperatura: está relacionada com o grau de agitação das partículas. Utilizaremos a escala termométrica Kelvin (K), conforme recomendação do SI (Sistema Internacional de Unidades). Essa escala também é chamada de escala absoluta. Para a conversão entre as unidades de Celsius e Kelvin, utilizamos a expressão TK = T°C + 273.
Foco no conteúdo
Isotérmica (T constante): para uma massa de gás a temperatura constante, tem seu volume inversamente proporcional à pressão exercida. Ou seja, o aumento na pressão acarreta uma diminuição do volume ocupado pelo gás, assim, o produto entre essas grandezas será constante, conforme expressão:
P · V = k       P (pressão), V (volume), k (constante)
Transformações gasosas 
Foco no conteúdo
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-boyle-sobre-transformacao-isotermica.htm 
P · V = k       P (pressão), V (volume), k (constante)
Essa relação foi estabelecida experimentalmente por Robert Boyle, ficando  conhecida como lei de Boyle.
Como o produto PV corresponde a um mesmo valor (k), podemos concluir que:
P1V1 = P2V2
Foco no conteúdo
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-boyle-sobre-transformacao-isotermica.htm 
Isobárica (P constante): para uma massa de gás a pressão constante, seu volume é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Ou seja, com um aumento da temperatura absoluta temos um aumento do volume ocupado pelo gás, assim, temos seu quociente constante, conforme expressão:
Podemos estabelecer a relação entre os valores iniciais de volume e temperatura, de uma massa fixa de gás, a pressão constante, com seus valores finais:
V = volume
T = temperatura
K = constante
Essa relação foi observada por
Jacques Charles e quantificada por Joseph Gay-Lussac, sendo conhecida 
como​ lei de Charles Gay-Lussac.
Foco no conteúdo
Isocórica ou isovolumétrica (V = constante): para uma massa de gás a volume constante, temos sua pressão exercida diretamente proporcional à temperatura absoluta. Ou seja, com um aumento da temperatura absoluta temos um aumento da pressão exercida pelo gás, de tal forma que o quociente seja constante, forme expressão:
A razão P/T corresponde a um mesmo valor (k), assim, temos:
Foco no conteúdo
Equação geral dos gases
Joseph Gay-Lussac verificou que, quantificando a temperatura pela escala Kelvin (K), a pressão (P) e a temperatura (T) dos gases teriam variação proporcional. Relacionando as três transformações gasosas estudadas até aqui, obtemos uma relação denominada equação geral dos gases: 
As comparações das propriedades dos gases são feitas a partir de certos referenciais, conhecidos por condições normais de temperatura e pressão (CNTP):
PNormal = 1 atm = 760 mm Hg  ≅ 100 kPa
TNormal = 0 °C = 273 K
Foco no conteúdo
Exemplo: medimos a temperatura de 20 L do gás hidrogênio (H2) e o valor encontrado foi de 27 ºC a 700 mm Hg. Qual será o novo volume desse gás, a 87 ºC e 600 mm Hg de pressão?
Precisamos verificar e converter as unidades para CNTP. 
Temperatura 27 ºC (CNTP = Kelvin)
Conversão
T (K) = T ºC + 273
T (K) = 27 + 273
T (K) = 300 K
Aplicando a equação geral dos gases, temos:
Foco no conteúdo
1. (PUC-RS) Um menino deixou escapar um balão contendo 2,0 L de gás hélio, a 20 °C e pressão de 2,0 atm. Quando atingir uma altura em que sua pressão for 0,5 atm e sua temperatura, 10 °C, o volume do balão, em L, será:
0,50.
b. 3,86.
c. 4,50.
d. 7,73. 
e. 8,28.
Na prática
Correção
P1 = 2 atm
P2 = 1 atm
T1 (K) = T ºC + 273
T1(K) = 20 + 273
T1 (K) = 293
T2 (K) = T ºC + 273
T2(K) = 10 + 273
T2 (K) = 283
T1 = 20 ºC (293 K)
T2 = 10 ºC (283 K)
V1 = 2 L
V2 = X 
1. (PUC-RS) Um menino deixou escapar um balão contendo 2,0 L de gás hélio, a 20 °C e pressão de 2,0 atm. Quando atingir uma altura em que sua pressão for 0,5 atm e sua temperatura, 10 °C, o volume do balão, em L, será:
0,50.
b. 3,86.
c. 4,50 .
d. 7,73. 
e. 8,28.
Na prática
Gases usados como arma química
As armas químicas são substâncias tóxicas projetadas para serem utilizadas como armas de guerra. Entre essas armas, os gases tóxicos têm sido historicamente empregados devido às suas propriedades de dispersão eficiente e aos efeitos prejudiciais que podem causar ao homem. Vejamos alguns deles:
Gás mostarda (mostarda de enxofre): o gás mostarda é um agente vesicante que causa queimaduras graves na pele, olhos e trato respiratório. Ele é extremamente volátil e pode permanecer no ambiente por um longo período, contaminando áreas extensas. A exposição ao gás mostarda pode resultar em danos permanentes à saúde, como bolhas na pele, problemas respiratórios, cegueira e câncer.
Foco no conteúdo
Sarin: é um agente neurotóxicoaltamente letal. Ele interfere na transmissão dos sinais nervosos no sistema nervoso, causando sintomas como contrações musculares, convulsões e parada respiratória. O sarin é um líquido muito volátil e pode se espalhar rapidamente pelo ar na forma de gás, tornando-se altamente perigoso mesmo em concentrações baixas. A exposição ao sarin pode levar à morte imediata ou a danos neurológicos permanentes.
Gás cloro: é um gás asfixiante que ataca o sistema respiratório. Quando inalado, ele reage com a água nos pulmões para formar ácido clorídrico, causando queimaduras e danos graves. O cloro foi amplamente utilizado durante a Primeira Guerra Mundial e continua sendo uma arma química de escolha em alguns conflitos. 
Foco no conteúdo
Fosgênio: é outro gás asfixiante que foi usado durante a Primeira Guerra Mundial. Ele é altamente tóxico e causa danos nos pulmões e no sistema respiratório. A exposição ao fosgênio pode levar a edema pulmonar, pneumonia química e morte por asfixia.
Foco no conteúdo
2. Ao final da Primeira Guerra os britânicos optaram pelo uso de gases como arma química, por passarem mais tempo à ofensiva e os ventos serem as condições mais favoráveis para a libertação dos gases. Além dessa condição, algumas propriedades dos gases facilitam seu armazenamento em pequenos volumes, o que facilita também seu transporte. Qual das propriedades a seguir corresponde a essa característica?
São compressíveis.
b. Ocupam volume fixo.
c. Têm partículas muito próximas umas das outras.
d. Têm forma fixa e definida.
Na prática
Correção
2. Ao final da Primeira Guerra os britânicos optaram pelo uso de gases como arma química, por passarem mais tempo à ofensiva e os ventos serem as condições mais favoráveis para a libertação dos gases. Além dessa condição, algumas propriedades dos gases facilitam seu armazenamento em pequenos volumes, o que facilita também seu transporte. Qual das propriedades a seguir corresponde a essa característica?
São compressíveis.
b. Ocupam volume fixo.
c. Têm partículas muito próximas umas das outras.
d. Têm forma fixa e definida.
Na prática
Em grupos, utilizando a plataforma Scratch (https://scratch.mit.edu/), ou de forma analógica (utilizando folhas e canetas), construa uma história, jogo ou animação para sistematizar sua aprendizagem e de seus colegas sobre essa aula. Em seguida, compartilhe com outro grupo.
Ao final, retome as respostas dos questionamentos iniciais e caso seja necessário, realize ajustes.
Registre seu processo de aprendizagem
Para exemplificar e inspirar sua criação, acesse o link a seguir: https://scratch.mit.edu/projects/873779978 
Aplicando
Avaliamos os impactos negativos causados por armas químicas;
Comparamos as relações dos gases nas transformações gasosas.
O que aprendemos hoje?
Tarefa SP
Localizador: 99633
Professor, para visualizar a tarefa da aula, acesse com seu login: tarefas.cmsp.educacao.sp.gov.br
Clique em “Atividades” e, em seguida, em “Modelos”.
Em “Buscar por”, selecione a opção “Localizador”.
Copie o localizador acima e cole no campo de busca.
Clique em “Procurar”. 
Videotutorial: http://tarefasp.educacao.sp.gov.br/
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LEMOV, Doug. Aula nota 10 3.0: 63 técnicas para melhorar a gestão da sala de aula. Porto Alegre: Penso, 2023. 
SÃO PAULO (Estado). Currículo em Ação: Caderno do Professor – Química– Ensino Médio – 2ª série - Volume 3. 3º Bimestre. São Paulo: Seduc-SP. Disponível em: https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-content/uploads/2022/07/2serie-3Bim-Prof-CNT.pdf. Acesso em: 8 maio 2023.
USBERCO, J.; SALVADOR, E. Conecte Química geral. 2. ed. São Paulo: Saraiva, 2014. v. 2. 
WEINHOLTZ, Fernando. A guerra química. IOGP – Lisboa. Disponível em: https://thea.pt/sites/default/files/documentos/guerra_quimica_dr_bivar_2018.pdf.  Acesso em: 11 jul. 2023.    
Referências
Lista de imagens e vídeos
Slide 3 – https://br.freepik.com/vetores-gratis/pacote-de-fichas-realistas_9398713.htm#page=2&query=embalagem%20batata%20frita&position=16&from_view=search&track=ais; https://br.freepik.com/psd-gratuitas/renderizacao-3d-de-produto-cosmetico_37851290.htm#query=aerosol&position=2&from_view=search&track=sph 
Slide 4 – https://pixabay.com/pt/vectors/conversa%c3%a7%c3%a3o-conversa-falar-7726087
Slide 10 – https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-boyle-sobre-transformacao-isotermica.htm 
Referências
Material 
Digital