Aula 2

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06/03/2015
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FÍSICO-QUÍMICA
� Turma: 3001
� Código: CCE 0191
� Professora: Daniela Sayão
� E-mail: danisayao@hotmail.com
Ementa da Disciplina
� Gases Ideais
� Gases Reais
� 1ª Lei da Termodinâmica
� 2ª Lei da Termodinâmica
� Termoquímica
� Eletroquímica
AV1 – 09/04/2015 (8,0 pontos)
Trabalho – 2,0 pontos
AV2 – 18/06/2015
AV3 – 02/07/2015 
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GASES - Propriedades
� Maior desorganização e maiores distâncias entre os
átomos;
� Movimento de partículas de forma rápida e contínua;
� Sofrem compressão e expansão facilmente (de acordo
com a pressão exercida sobre seu volume)
� Comportamento físico de um gás é praticamente
independente de sua composição química.
Gás Ideal 
� Energia de interação entre as moléculas é desprezível
� Não há forças de atração ou repulsão entre as
moléculas
� Movimento aumenta com aumento da Temperatura
� Equação de estado depende apenas do número de
moles, do volume, da temperatura e da pressão
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Gases 
� Em uma transformação isotérmica - pressão e volume
são inversamente proporcionais
� Em uma transformação isométrica - pressão e
temperatura são diretamente proporcionais
� Pressão é diretamente proporcional à temperatura e
inversamente proporcional ao volume
2
22
1
11
TT
 
VPVP
= Equação de Van’t Hoff
Gases
� Gás puro:
� Volume que ocupa, V
� Quantidade de substância (número de moles) , n
� Pressão, P
� Temperatura , T
� Se 3 variáveis especificadas ⇒ 4ª variável fixada
� Equação de Estado: 
P = f ( T, V, n)
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Gás Ideal 
� Equação de estado do gás perfeito
P – pressão (atm ou mmHg)
V – Volume (L)
n – nº moles
R – constante universal dos gases
T – temperatura (K)
nRT=PV 
Gás Ideal - R
� R – constante universal dos gases
nT
PV
 R =
KmolLatm ./.082,0
273K*1mol
L 22,4*atm 1
 R ==
KmolLmmHg ./.3,62
273K*1mol
L 22,4*mmHg 760
 R ==
Cálculo nas CNTP (1 atm, 273 K)
KmolLkPa ./.314,8
273K*1mol
L 22,4*101,325kPa
 R ==
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Gás Ideal - n 
� Mol
1 mol de determinada partícula é igual ao número de átomos
contidos em exatamente 12g de Carbono 12. Esse número é:
6,022x1023
1 mol de qualquer substância = 6,02x1023 moléculas
� Constante de Avogadro - NA
Número de moléculas existentes em 1 mol de qualquer substância
NA = 6,02 x 1023 moléculas
Gás Ideal - n 
� Massa Molar – M - Massa por mol dos átomos
Medida da massa de seus átomos (*) e pela multiplicação da
massa de 1 átomo pela constante de Avogadro
(*)Média ponderada dos nº de massa dos isótopos do elemento
Ex: Carbono – M = 12,01 g/mol
H2O – M = 18,02 g/mol
É utilizada para converter a massa (m) de 1 amostra em nº de
moles (n):
Massa da amostra (g) = nº moles (mol) x massa por mol (g/mol)
m = n X M
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Gás Ideal - n 
� Volume Molar – Vm
� Volume que 1 mol de qualquer substância ocupa
� Deve ser o mesmo para todos os gases na mesma pressão e
na mesma temperatura
� Para: 0°C e 1 atm (CNTP)
Vm = 22,4 L
substância da molesnº
amostra da Volume
 molar Volume =
Exercícios
1) Determine a Massa Molar das substâncias abaixo
a) Cloreto de Cálcio
b) Ácido Sulfúrico
c) Hidróxido de Sódio
d) Permanganato de Potássio
Ca(Cl)2 40 + 2x 35,5 = 111 g/mol
H2SO4 2x 1 + 32 + 4x 16 = 98 g/mol
KMnO4
NaOH 23 + 16 + 1= 40 g/mol
39 + 55 + 4x 16 = 158 g/mol
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Exercícios
2) Determine o número de moles de Carbono presentes em
21,5 g de Carbono
3) Quantos gramas existem em 10 moles de gás carbônico?
M
m
 n =
g 21,5 m =
g/mol 12 M C =
mol79,1
12
21,5
 n ==
M
m
 n =
moles 10 n =
g/mol 44 M 
2CO =
44
m
 10 =
2CO de g 440 m =
Exercícios
4) Qual a massa de Oxigênio que existe em 2 Kg de H2SO4?
M
m
 n =
g 2000 m =
g/mol 98 M 
42SOH =
41,20
98
2000
 n ==
g/mol 64 M 
4O =
moles de H2SO4
g24,1306
64
m
 20,41 == de oxigênio
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Gás Ideal 
� Voltando a equação do gás ideal...
nRT=PV 
Exercícios
1) 1 mol de 1 gás ideal ocupa 12 L a 25°C. Qual a pressão do
gás em atm?
nRT PV = 2L1 V =
298,15KC25 T =°= /mol.K0,082atm.L R =
mol 1 n =
298,15 x 0,082 x 1 12 x P =
atm 2,04 P =
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Exercícios
2) Um gás está contido em 1 recipiente de 50L a uma
pressão de 10 atm a 30ºC. Quantos moles de gás
existem no recipiente ?
nRT PV =
0L5 V =
,15K033C30 T =°=
/mol.K0,082atm.L R =
303,15 x 0,082n x 5010x =
moles 20,11 n =
atm 01 P =
Exercícios
3) Qual pressão em kPa exercida por 1,25g de Nitrogênio
gasoso em 1 frasco de volume igual a 250 mL a 20ºC?
nRT PV = 0,250LmL 250 V ==
293,15KC20 T =°=
28
25,1
M
m
 n 
2N
==
KkPa.L/mol. 8,314 R =
g 1,25 m =
293,15 x 8,314 x 
28
1,25
 0,250 x P =
nRT PV =
kPa 435,22 P =
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Exercícios
4) A massa específica ( ) de uma substância pura medida a
100ºC e sob pressão de 758 mmHg é de 2,86 x 10-3
g/mL. Supondo comportamento ideal, calcule a massa
molecular dessa substância.
nRT PV =
ρ
LgmLgx /86,2/1086,2 3 == −ρ
RT
M
m
 PV =M
m
 n =
P
RT
V
m
 M =
997,0
373,15 x 0,082
 x2,86 M =
Katm.L/mol. 0,082 R =
373,15K C100 T =°=
V
m
=ρ
atm 0,997 mmHg 587 P ==
g/mol 87,8 M =
P
RT
 M ρ=
Exercícios
5) 5,0 g de etano, com comportamento ideal, estão contidas
em 1 bulbo de 1 dm3 de capacidade. O bulbo é tão fraco
que romperá se a pressão exceder a 1 MPa. Em que
temperatura o gás atingirá a pressão de ruptura?
Tn PV R=
T x 8,314 x 
30
5
 1x 10 3 =
KgHC
-310 x 5 5g m
62
==
C448,53 21,68K 7 T °==
L1 dm 1 3 ==V kPaP 31x10 MPa 1 ==
62CM
m
 n 
H
=
30
5
 n =
KkPa.L/mol. 8,314 R =
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Equação de Estado de 1 
Mistura Gasosa
� Sistemas constituídos por misturas de gases
� Necessário saber qual contribuição de cada
componente da mistura gasosa
� Em uma mistura de gases ideais, cada gás
exerce uma pressão relativa equivalente à
fração molar deste em relação à pressão total
da mistura.
� A pressão total de uma mistura é a soma
das pressões individuais de cada componente.
Equação de Estado de 1 
Mistura Gasosa
� Lei de Dalton
... P A +++= CB ppp
“A pressão exercida por uma mistura
de gases perfeitos é a soma das
pressões que cada um dos gases
exerceria caso ocupasse sozinho o
recipiente na mesma temperatura em
que se encontra a mistura”
Pressão total
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Equação de Estado de 1 
Mistura Gasosa
� Consideremos 1 mistura de 3 gases (descrita pelo nº
de moles n1, n2 e n3), em 1 recipiente de volume V e
temperatura T:
� Considerando p1, p2 e p3 como as pressões parciais
de cada gás na mistura, podemos chegar nas
expressões:
V
RT
n P 11 = V
RT
n P 22 = V
RT
n P 33 =
V
RT
n P t= 321t nnnn ++=
Equação de Estado de 1 
Mistura Gasosa
� Para qualquer tipo de gás, em 1 mistura, a pressão
parcial é definida como:
� Fração Molar de “i” é o número de moles de “i”
dividido pelo número total de moles presentes na
mistura.
ti pXp * i =
t
i
n
n
 =iX
Xi= fração molar de i
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Equação de Estado de 1 
Mistura Gasosa
� Para uma mistura binária (constituída de 2 espécies),
a expressão geral é:
� Quando somente A está presente – XA = 1 e XB = 0
� Quando somente B está presente - XA = 0 e XB = 1
� Quando ambos estão presentes nas mesmas
quantidades - XA =1/2 e XB = 1/2
BA
A
nn
n
 
+
=AX
BA
B
nn
n
 
+
=BX 1 X X BA =+
Exercícios
1) Em 1 recipiente de 50 L a 127°C, temos 3,3g de anidrido
carbônico (CO2), 4,8g de SO2 e 3,4g de H2S. Calcule apressão total da mistura gasosa
Dados: Massas atômicas – H=1; C=12; O=16; S=32
Calculando n:
M
m
 n = mol075,0
44
3,3
 n 
2CO ==
mol075,0
64
4,8
 n 
2SO == molS 1,034
3,4
 n 
2H ==
moln 25,01,0075,0,0750 t =++=
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Exercícios
a) Pressão total da mistura gasosa
moln 25,0 t =
V
RT
n P tt =
Katm.L/mol. 0,082 R =
400,15K C127 T =°= 0L5 V =
50
400,15 x ,0820
 x0,25 P t =
atm 0,164 P t =
Exercícios
2) 2 frascos A e B, conectados por 1 válvula, contêm,
respectivamente, Oxigênio e Nitrogênio a 25°C. No
estado inicial, apresentam os dados da tabela abaixo. A
válvula é aberta e os gases se misturam atingindo o
equilíbrio. Calcule:
a) Fração molar de cada gás na mistura
b) Pressão total da mistura
c) Pressão parcial de cada gás
Frasco Substância V(L) P(atm)
A O2 10,0 3,0
B N2 30,0 2,0
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Exercícios
a) Fração molar de cada gás na mistura
Frasco Substância V(L) P(atm)
A O2 10,0 3,0
B N2 30,0 2,0
Tn P RV =
Tn P 
222 OO RVO =
15,298082,0n 103
2O xxx =
Katm.L/mol. 0,082 R = 298,15K C25 T =°=
moles227,1n 
2O =
Tn P 
222 NN RV N =
15,298082,0n 302
2N xxx =
moles454,2n 
2N =
t
i
n
n
 =iX
22
2
2
O
O
 
N
O
nn
n
X
+
=
454,2227,1
227,1
 
2 +
=OX
,330 
2
=OX
22
2
2
O
N
 
N
N
nn
n
X
+
=
454,2227,1
454,2
 
2 +
=NX
,670 
2
=NX,001 22 =+ NO XX
Exercícios
b) Pressão total da mistura gasosa
Tn P tt RV t =
Katm.L/mol. 0,082 R =
298,15K C25 T =°=
molesnnn N 681,3 22Ot =+=
15,298082,03,681 40P xxxt =
40L 30 10 V t =+=
atm 2,25 P =t
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Exercícios
c) Pressão parcial de cada gás
ti pXp * i =
tOO pXp * 22 = tNN pXp * 22 =
atm 2,25 P =t
,330 
2
=OX
25,2 ,330 
2
xpO =
atm ,740 
2
=Op
,670 
2
=NX
25,2 ,670 
2
xp N =
atm ,511 
2
=Np