TRABALHO DE QUIMICA - Gases

Prévia do material em texto

Sumário teórico
TEORIA CINÉTICA DOS GASES: OVO NA GARRAFA
 
Os gases estão intimamente envolvidos nas reações químicas que ocorrem nos sistemas vivos e na indústria química. A Terra está envolvida por uma camada de gases com 50km de espessura, chamada ar ou atmosfera. Essa camada é composta, principalmente, de nitrogênio (78%) e oxigênio (21%), seguidos do gás nobre argônio (1%) e, em menores quantidades, de outros gases, como vapor de água, ozônio, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e dióxido de nitrogênio. A atmosfera é puxada em direção à Terra pela gravidade e exerce uma força que se espalha por toda a superfície do planeta. As moléculas de N2 e O2, junto com outros elementos e compostos, estão em constante movimento. À medida que essas moléculas colidem umas com as outras e com a superfície da Terra, a força de cada colisão cria pressão (P) (GILBERT et al., 2018).
A pressão atmosférica pode ser medida com um instrumento chamado barômetro, e varia de um lugar para outro e com a mudança das condições do tempo. Várias unidades são usadas para expressar pressão, sendo a mais importante o Pascal (Pa), equivalente a 1 newton por metro quadrado ortogonal à força (N/m²). Essas são unidades do Sistema Internacional (SI). O valor da pressão atmosférica ao nível do mar também pode ser definido como 1 atmosfera (atm), valor equivalente a 101.325Pa. Para uma descrição quantitativa do comportamento dos gases, podem ser empregadas algumas leis e uma expressão mais geral, chamada equação do gás ideal. Essas leis serão explicadas pela teoria cinético-molecular dos gases, que veremos a seguir.
Algumas características dos gases são familiares a todos. Por exemplo: se expandem para encher seus recipientes e assumem as formas destes; se difundem um no outro e se misturam em todas as proporções. Não podemos ver as partículas individuais de um gás, embora possamos ver o gás em massa se ele for colorido. Alguns gases, como hidrogênio e metano, são combustíveis, enquanto outros, como hélio e neônio, não são quimicamente reativos (PETRUCCI et al., 2017).
Durante um processo exotérmico de combustão, o calor sai ou flui do sistema para o ambiente. As reações de combustão são rápidas e produzem uma chama. Na combustão, o comburente – material a sofrer combustão – reage com O2 para formar CO2 e H2O. O número de moléculas de O2 necessárias e o número de CO2 e H2O formados dependem da composição do comburente, que atua como o combustível na reação (BROWN et al., 2016).
Todos os gases, sob condições moderadas, se comportam de maneira simples em relação a pressão, temperatura, volume e quantidade molar. A descoberta dessas relações quantitativas, as leis empíricas dos gases, ocorreu de meados do século XVII a meados do século XIX. Uma propriedade característica de um gás é sua compressibilidade, ou seja, sua capacidade de ser comprimido em um volume menor pela aplicação de pressão.
A teoria cinética descreve um gás como um grande número de partículas minúsculas, na forma de átomos isolados ou moléculas, em movimento aleatório constante. As partículas que se movem rapidamente colidem constantemente umas com as outras e com as paredes do recipiente. Essa teoria explica as propriedades macroscópicas dos gases, como pressão, temperatura, viscosidade e volume, considerando sua composição molecular e movimento. A teoria também postula que a pressão do gás se deve aos impactos – nas paredes de um recipiente – de moléculas ou átomos que se movem em velocidades diferentes. As colisões entre as partículas de gás e entre as partículas e as paredes do recipiente são elásticas. Uma colisão elástica é aquela em que não há perda geral de energia cinética (GILBERT et al., 2018).
A compressibilidade dos gases foi estudada quantitativamente pela primeira vez por Robert Boyle, em 1661. A partir de seus experimentos, ele formulou a lei agora conhecida por seu nome. De acordo com a Lei de Boyle, o volume de uma amostra de gás a uma determinada temperatura varia inversamente com a pressão aplicada. Uma das primeiras observações quantitativas de gases em diferentes temperaturas foi feita por Jacques Alexandre Charles, em 1787. Pela lei que carrega seu nome, podemos afirmar que o volume ocupado por qualquer amostra de gás a uma pressão constante é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Assim, dobrar a temperatura absoluta de um gás dobra seu volume (EBBING; GAMMON, 2016). A Lei de Boyle e a Lei de Charles podem ser combinadas e expressas em uma única equação:
 Nessa equação, o produto da pressão inicial (Pi) e o volume inicial (Vi), dividido pela temperatura inicial (Ti), é igual ao produto da pressão final (Pf) e do volume final (Vf), dividido pela temperatura final (Tf).
No século XIX, Amedeo Avogadro propôs que o volume de um gás é diretamente proporcional ao número de mols de gás quando a temperatura e a pressão são constantes. Com essa contribuição, foi possível desenvolver a Lei dos Gases Ideais, que pode ser observada a seguir:
 
P V = n R T
 
Nessa equação, por convenção, R é a constante universal dos gases, e apresenta valores diferentes, que dependem das unidades usadas. Para muitos cálculos em química, é conveniente usar R = 0,08206 L ∙ atm ∙ mol–1 ∙ K–1. Entretanto, como as unidades nos dizem, podemos usar esse valor apenas quando a quantidade de gás é expressa em mols (mol), o volume em litros (L), a pressão em atmosferas (atm) e a temperatura em Kelvin (K) (PETRUCCI et al., 2017).
O experimento do ovo na garrafa pode ser explicado pela expansão do ar no interior desta, quando o algodão em chamas é inserido. Observa-se, então, um aumento na pressão. No entanto, quando a fonte de calor é removida, o ar se contrai e a pressão diminui. Com isso, a pressão externa tenta equalizar a interna. Assim, as moléculas de ar do lado de fora da garrafa empurram o ovo para dentro. A pressão do ar não diminui devido à queima do oxigênio dentro da garrafa, mas pela expansão e contração do ar.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 
BROWN, T. L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.
EBBING, D.; GAMMON, S. D. General chemistry. 11. ed. Boston: Cengage Learning, 2016.
GILBERT, T. R. et al. Chemistry: the science in context. 5. ed. New York: Norton & Company Ltd, 2018.
Pré Teste
Respostas enviadas em: 12/09/2025 10:52
1. 
Na equação PV = nRT, o termo R representa a constante universal do gás, uma constante de proporcionalidade que relaciona a energia de uma amostra de gás à temperatura e molaridade do gás.
Qual das seguintes unidades descreve corretamente a constante de gás ideal?
Resposta incorreta.
A. 
Na constante R, o mol está no denominador e a pressão, no numerador. 
Resposta correta.
B. 
Ao isolar R na equação dos gases, verifica-se que ele é equivalente ao produto da pressão pelo volume, dividido pelo produto do número de mols e temperatura.
Você não acertou!
C. 
Nessa alternativa, os denominadores e produtos da constante R estão invertidos.
2. Um dos desafios mais importantes da atualidade é a descarbonização da economia global. A chave para isso é expandir de forma consistente as fontes de energia renováveis. Nesse sentido, tem se destacado a utilização do hidrogênio verde, obtido pela eletrólise. O hidrogênio sofre combustão, libera energia e seu produto é água.
Qual o volume ocupado por 100g de gás hidrogênio sob uma pressão de 20atm e temperatura de 298K?
Dados: Massa molar H2 = 2g/mol; R: 0,08206.
Resposta incorreta.
A. 
60L.
Esse valor é inferior ao obtido pelo cálculo correto. 
Resposta incorreta.
B. 
122L.
Nesse cálculo, a quantidade de matéria não foi convertida para mols. Portanto, o resultado é diferente do obtido pelo cálculo.
Você acertou!
C. 
61L
Ao isolar V na equação da lei dos gases, temos que
3.As três leis fundamentais dos gases descobrem a relação entre pressão, temperatura, volume e quantidade de gás. A Lei de Boyle relaciona o volume e a pressão; a Lei de Charles, o volume e a temperatura; e a Lei de Avogadro, o volume e a quantidade de matéria.
Considerandoas informações referentes a essas três leis, é correto afirmar que:
Você acertou!
A. 
a Lei de Boyle nos diz que o volume de gás aumenta à medida que a pressão diminui. 
A Lei de Boyle afirma que, em temperatura constante, o volume de uma dada massa de um gás é inversamente proporcional a sua pressão. 
Resposta incorreta.
B. 
a Lei de Charles afirma que o volume de um gás diminui com o aumento da temperatura.
A Lei de Charles nos diz que o volume de gás aumenta com o aumento da temperatura.
Resposta incorreta.
C. 
a Lei de Avogadro descreve que a quantidade de matéria não depende do volume do gás.
A Lei de Avogadro nos diz que o volume de gás aumenta à medida que a quantidade de gás aumenta.
4. Na altitude, a falta de oxigênio, o frio e a desidratação podem causar falta de ar, dores de cabeça, náuseas, tonturas, fadiga e, possivelmente, enjoo. Atividades como futebol podem piorar os sintomas, impedindo os jogadores de atuarem em sua capacidade total.
Imagine que uma amostra de 20mL de gás está a 1atm. Qual será o volume se a pressão chegar a 3atm, com uma quantidade fixa de gás e temperatura?
Resposta incorreta.
A. 
13,33mL.
Esse volume é igual ao dobro do volume obtido pelos cálculos corretos. 
Resposta incorreta.
B. 
0,15mL.
Esse volume foi obtido utilizando a Lei de Boyle de forma invertida.
Você acertou!
C. 
6,67mL.
Pela equação da Lei de Boyle, temos que  
5. Quando a temperatura de uma amostra de gás em um recipiente rígido aumenta, a pressão do gás também aumenta. O aumento da energia cinética faz com que as moléculas do gás batam nas paredes do recipiente com mais força, resultando em uma pressão maior.
Qual é o nome do químico que descobriu a relação entre a pressão de um gás e sua temperatura absoluta?
Resposta incorreta.
A. 
Robert Boyle.
Robert Boyle descobriu que o volume de um gás diminui com o aumento da pressão e vice-versa.
Você acertou!
B. 
Louis Joseph Gay-Lussac.
Gay-Lussac descobriu a relação entre a pressão de um gás e sua temperatura absoluta. A Lei de Gay-Lussac afirma que a pressão de uma dada massa de gás varia diretamente com a temperatura absoluta do gás, quando o volume é mantido constante.
Resposta incorreta.
C. 
John Dalton.
John Dalton é conhecido por sua teoria atômica pioneira. Ele também desenvolveu métodos para calcular estruturas e pesos atômicos. 
Pós Teste
Respostas enviadas em: 12/09/2025 10:55
1. 
O modelo chamado de teoria cinética dos gases assume que as moléculas são muito pequenas em relação à distância entre si. As moléculas estão em movimento constante e aleatório e frequentemente colidem umas com as outras e com as paredes de qualquer recipiente. Quanto mais alta a temperatura, maior o movimento.
Qual das alternativas a seguir descreve corretamente informações referentes à teoria cinética dos gases?
Você acertou!
A. 
Quaisquer colisões entre as partículas são completamente elásticas.
A teoria cinética dos gases considera que as moléculas no estado gasoso colidem entre si e com a parede do recipiente de forma elástica.
Resposta incorreta.
B. 
As partículas têm atrações eletrostáticas umas às outras.
Na teoria cinética dos gases, são desprezadas as forças intermoleculares destes.
Resposta incorreta.
C. 
Os gases consistem em um grande número de partículas minúsculas que estão próximas entre si em relação a seu tamanho.
Considera-se que as partículas em estado gasoso estão distantes entre si em relação a seu tamanho.
2. Um cientista do século XIX contribuiu significativamente para o entendimento sobre os gases. Segundo ele, volumes iguais de gases diferentes contêm um número igual de moléculas, desde que estejam à mesma temperatura e pressão. Essa lei também descreve o comportamento de gases reais em pressões suficientemente baixas e altas temperaturas.
Esse texto refere-se às contribuições de qual cientista?
Resposta incorreta.
A. 
Robert Boyle.
Boyle contribuiu para as relações entre o volume de um gás e sua pressão.
Resposta incorreta.
B. 
Louis Gay-Lussac.
Segundo Gay-Lussac, quando a pressão do gás é constante, a temperatura e o volume são diretamente proporcionais.
Você acertou!
C. 
Amedeo Avogadro.
Segundo Avogadro, volumes iguais de quaisquer gases, em condições de pressão e temperatura idênticas, apresentam a mesma quantidade de substâncias em mol.
3. A Terra é o único planeta do sistema solar com uma atmosfera que pode sustentar a vida. A camada superficial de gases que envolve nosso planeta não apenas contém o ar que respiramos, mas também nos protege de rajadas de calor e radiação que emanam do sol. Aquece o planeta durante o dia e o esfria à noite.
É correto afirmar que os componentes em maior quantidade na atmosfera, em ordem decrescente, são:
Resposta incorreta.
A. 
oxigênio, nitrogênio e argônio.
Na atmosfera, o componente em maior quantidade é o nitrogênio.
Você acertou!
B. 
nitrogênio, oxigênio e argônio.
A atmosfera é formada por um conjunto de gases, entre eles, em maior quantidade, está o nitrogênio, seguido do oxigênio e do argônio.
Resposta incorreta.
C. 
argônio, oxigênio e nitrogênio.
Nessa alternativa, os componentes foram ordenados em ordem crescente.
4. No topo do Monte Everest, a montanha mais alta do mundo, com 8.848 metros, a pressão atmosférica cai para um pouco mais de 228 mmHg e a temperatura pode chegar a –60 ºC.
Se for liberado um balão contendo 5 L de gás hélio ao nível do mar, onde a pressão é de 720 mmHg e a temperatura é de 25 ºC, é correto afirmar que, ao atingir o topo do Monte Everest, o volume do balão deve:
Resposta incorreta.
A. 
diminuir.
Pela equação geral dos gases, temos que, ao diminuir a pressão e a temperatura, observa-se aumento no volume.
Resposta incorreta.
B. 
permanecer igual.
Devido a alterações na temperatura e na pressão, é de se esperar que o volume do gás sofra alterações.
Você acertou!
C. 
aumentar.
Pela equação geral dos gases, observa-se que a diminuição da temperatura e da pressão leva a um aumento no volume do gás.
5. O gás ideal obedece a todas as leis de gases em todas as condições de temperatura e pressão. O volume ocupado pelas moléculas é insignificante em comparação com o volume total. Nos gases ideais, a força de atração entre as moléculas é desprezível.
É correto dizer que o comportamento do gás real deve se assemelhar ao do gás ideal apenas quando está:
Você acertou!
A. 
em altas temperaturas e baixas pressões.
Os gases reais apresentam comportamento semelhante ao ideal quando em altas temperaturas e baixas pressões.
Resposta incorreta.
B. 
em baixas temperaturas e altas concentrações.
Baixas temperaturas e altas concentrações fazem com que o gás real se desvie do comportamento ideal, pois as forças intermoleculares se tornam relevantes.
Resposta incorreta.
C. 
em altas temperaturas e altas pressões.
Em altas pressões, os gases reais apresentam valores de pressão que diferem do comportamento de gases ideais.
image5.png
image6.png
image7.png
image1.png
image2.wmf
image3.png
image4.png