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X SAIR Estudo dos gases MARTIN F. CHILLMAID/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK X SAIR O estado gasoso 1 Estudo dos gases COREL/CID JOSÉ GIL/SHUTTERSTOCK X SAIR O estado gasoso Pressão (p) Volume (V) Temperatura (T) A transformação gasosa ocorre quando pelo menos uma das variáveis de estado se modifica. Variáveis de estado 1 Estudo dos gases X SAIR Estados físicos da matéria 1 Estudo dos gases Sublimação (sólido em gás ou gás em sólido) Gás Evaporação (líquido em gás) Condensação (gás em líquido) Líquido Sólido Congelamento (líquido em sólido) Fusão (sólido ou vidro em líquido) X SAIR Gases reais vs gases ideais Em um gás real, as moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas. Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam. 1 Estudo dos gases X SAIR Transformações gasosas Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece constante. Isobáricas: a pressão é mantida constante. Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o volume permanece constante. 1 Estudo dos gases X SAIR Transformação isotérmica Lei de Boyle: a pressão exercida por um gás ideal é inversamente proporcional ao seu volume. p V = constante Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isotérmica, temos: pA VA = pB VB 1 Estudo dos gases DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES X SAIR Transformação isotérmica 1 Estudo dos gases 3p 3V p T T V X SAIR Transformação isotérmica Isotermas 1 Estudo dos gases p T3 T2 T1 V X SAIR Transformação isobárica Experimento de Joseph-Louis Gay-Lussac para transformações a pressão constante 1 Estudo dos gases DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES X SAIR Transformação isobárica Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume ocupado por um gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins). V = k T (k = constante) Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos: 1 Estudo dos gases X SAIR Dilatação dos gases Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o mesmo coeficiente de dilatação volumétrica. 1 Estudo dos gases X SAIR Transformação isovolumétrica 1 Estudo dos gases Tubo de vidro Manômetro DORLING KINDERSLEY X SAIR Transformação isovolumétrica Lei de Charles para transformações a volume constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins): p = k T (k = constante) Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos: 1 Estudo dos gases X SAIR Capítulo 2 Equação de um gás ideal X SAIR Alteração simultânea das três variáveis de estado de um gás Número de Avogadro: 6,023 1023 Mol: 1 mol contém 6,023 1023 partículas (átomos, moléculas, elétrons etc.) Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas, medida em gramas. Número de mols (n): 2 Equação de um gás ideal X SAIR Analisando a densidade e a massa molar Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa molar M. 2 Equação de um gás ideal X SAIR Analisando as transformações isobáricas Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura do sistema. 2 Equação de um gás ideal X SAIR Analisando as transformações isotérmicas Sob temperatura constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão do sistema. 2 Equação de um gás ideal X SAIR Equação de Clapeyron As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos gases perfeitos (ou ideais): p V = n R T 2 Equação de um gás ideal X SAIR Lei geral dos gases ideais (ou perfeitos) Igualando I e II, chegamos à lei geral dos gases ideais: 2 Equação de um gás ideal X SAIR Exercicios 1.Um cilindro com êmbolo móvel contém 100mL de CO2 a 1,0 atm. Mantendo a temperatura constante, se quisermos que o volume diminua para 25 mL, teremos que aplicar uma pressão igual a: a) 5 atm. b) 4 atm. c) 2 atm. d) 0,4 atm. e) 0,1 atm X SAIR Exercicios 2. Sem alterar a massa e a temperatura de um gás, desejamos que um sistema que ocupa 800 mL a 0,2 atm passe a ter pressão de 0,8 atm. Para isso, o volume do gás deverá ser reduzido para: a) 600 mL. b) 400 mL. c) 300 mL. d) 200 mL. e) 100 mL. X SAIR Exercicios 3. Uma certa massa de gás, é mantida com temperatura constante, apresenta 100 cm3 confinados a 1 atm de pressão. Qual o volume final da mesma massa de gás, quando a pressão passar para 4 atm? a) 20 cm3 b) 25 cm3 c) 50 cm3 d) 75 cm3 . e) 400 cm3 . X SAIR Exercicios 4.A cada 10m de profundidade a pressão sobre um mergulhador aumenta de 1 atm com relação à pressão atmosférica. Sabendo-se disso, qual seria o volume de 1 L de ar (comportando-se como gás ideal) inspirado pelo mergulhador ao nível do mar, quando ele estivesse a 30 m de profundidade? a)3 L. b) 4 L. c) 25 mL. d) 250 mL. e) 333 mL. X SAIR Exercicios 5. Um recipiente cúbico de aresta 20 cm contém um gás à pressão de 0,8 atm. Transfere-se esse gás para um cubo de 40 cm de aresta, mantendo-se constante a temperatura. A nova pressão do gás é de: a) 0,1 atm. b) 0,2 atm. c) 0,4 atm. d) 1,0 atm e) 4,0 atm. * * Professor: na maioria das vezes, os gases não são visíveis, embora possamos comprovar sua presença por meio de alguns fenômenos. O ar quente, menos denso que o ar circundante, é responsável pela flutuação dos grandes balões. Os tubos fluorescentes contêm material gasoso o qual, ao ser percorrido por um corrente elétrica, emite radiação ultravioleta, que produz luz visível ao incidir sobre o revestimento interno do tubo. * Professor: quando se aumenta (A) ou se diminui (B) a pressão sobre um gás preso em um recipiente com um êmbolo móvel, esse gás passa por uma transformação gasosa. * Professor: a figura mostra as relações entre os três principais estados físicos da matéria. Nos sólidos, as partículas tendem a se manter unidas devido à intensidade das forças de coesão entre as moléculas. Nos líquidos, as forças de coesão são menos significativas, mas o grau de liberdade de movimentação das moléculas ainda é limitado. Em materiais nesse estado, as partículas não se separam totalmente, mas não apresentam forma fixa. Nos gases, ocorrem choques entre as moléculas com maior frequência, e essas partículas tendem à dispersão. * * * Professor: na figura, aparelho composto de bomba pneumática, manômetro e tubo de vidro contendo óleo e gás, utilizado para realizar transformações isotérmicas e demonstrar a lei de Boyle. Ao acionarmos a bomba, sua pressão se transmite à coluna de óleo no tubo de vidro, a qual, por sua vez, alcança maior altura. Consequentemente, o volume ocupado pelo gás diminui. O manômetro é utilizado para medir a pressão aplicada. * Professor: o experimento é realizado em um cilindro munido de êmbolo sobre o qual podem ser colocados pesos conhecidos. O cilindro fica mergulhado em água continuamente renovada, de tal modo que sua temperatura se mantenha intencionalmente constante. Considere que os experimentos como o esquematizado sejam realizados em sistemas em que não ocorra vazamento de moléculas para o meio externo. Quando a pressão em cima do êmbolo é diminuída em 1/3 (dois pesos são retirados), o volume que o gás ocupa triplica. * * Professor: esquema simplificado do dispositivo que permitiu a Gay-Lussac (1778-1850) estudar experimentalmente a variação do volume de um gás em função da temperatura em que a massa de ar se encontra. A pressão sobre o gás é mantida constante. O gráfico mostra os resultados do experimento. * * * Professor: na foto, esquema de dispositivo que permite estudar experimentalmente a variação da pressão de um gás em relação à sua temperatura. O termômetro mede a temperatura da água em banho-maria, que é igual à do gás, devido ao equilíbrio térmico entre essa água, o balão de vidro e a massa de gás. O gráfico mostra como essa temperatura varia em função da pressão medida no manômetro. * * * * . * Professor: se em uma transformação isobárica a temperatura do sistema gasoso duplicar, seu volume também duplicará. A densidade do gás, por sua vez, se tornará a metade da densidade inicial do sistema. * Professor: se em uma transformação isotérmica a pressão exercida pelo gás triplicar, o volume do gás se tornará três vezes menor, e a densidade triplicará. * * * * * * *
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