Gases_segunda parte

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• Revisão 
 
 Momento de dipolo: 
 
 
 
 
 
 
 
 Unidade de momento de dipolo: Debye (D) 
 1 D = 3,33564 x 10-3 C m 
 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
rq


• Revisão 
 
 
 
 
 
Johannes Diederik van der Waals, físico alemão que, em 1910, 
recebeu um prêmio Nobel em Física pelas suas pesquisas com os 
estados gasoso e líquido da matéria. 
 
O que mantém as moléculas unidas nos vários 
estados da matéria? 
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Fundamentos de Físico-Química 
• Revisão 
 
 
 
 
água no estado líquido água no estado sólido 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
• Revisão 
 As forças intermoleculares: 
 
• são forças fracas, se comparadas às ligações químicas; 
• em geral, os átomos presentes em uma molécula 
apresentam cargas parciais que se atraem ou se 
repelem de acordo com a lei de Coulomb; 
 
• V > 0 (forças repulsivas) 
 
 V < 0 (forças atrativas) 
 
onde,  é a permissividade do meio em que se 
encontram as cargas. 
 
 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
 
r 4
q q
V 21


 
 
• Revisão 
 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
• Revisão 
As forças de van der Waals, podem surgir de 3 fontes 
principais: 
 
  Primeiro, as moléculas de alguns materiais, 
embora eletricamente neutras, podem possuir um 
dipolo elétrico permanente. Devido a distorção na distribuição da 
carga elétrica, sendo um lado da molécula ligeiramente "positivo" e o outro 
ligeiramente "negativo“, há uma tendência destas moléculas se alinharem e 
interagirem umas com as outras, por atração eletrostática entre os dipolos opostos. 
Esta interação é denominada de dipolo-dipolo. 
 
 
 Metanol e Tricloreto de carbono 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
• Revisão 
 Segundo, a presença de moléculas que tem 
dipolos permanentes podem distorcer a distribuição 
de carga elétrica em outras moléculas vizinhas que 
não possuam dipolo permanente (moléculas 
apolares), através de uma polarização induzida. Esta 
interação é chamada de dipolo-dipolo induzido. 
 
 
 
 
 Acetona e Hexano 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
• Revisão 
 Terceiro, mesmo em moléculas apolares como, por exemplo, um gás nobre 
ou um líquido orgânico como o benzeno existe uma força de atração (caso 
contrário, nem o benzeno, nem o neônio, poderiam ser liquefeitos); 
 A natureza destas forças foi primeiramente reconhecida pelo físico polonês 
Fritz London, que relacionou-as com o movimento eletrônico nas moléculas; 
  London sugeriu que, em um determinado instante, ocorre uma flutuação 
eletrônica que pode transformar moléculas apolares em dipolos instantâneos. 
Estes dipolos instantâneos podem induzir a polarização das moléculas 
adjacentes, resultando em forças atrativas; 
 Estas forças são conhecidas como forças de dispersão ou forças de London 
e, estão presentes em sistemas compostos por moléculas apolares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
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Octano-Hexano 
Fundamentos de Físico-Química 
Em determinado instante, ocorre uma flutuação eletrônica que pode transformar 
moléculas apolares em dipolos instantâneos. Estes dipolos instantâneos podem 
induzir a polarização das moléculas adjacentes, resultando em forças atrativas. 
Revisão 
• Desvios da idealidade 
 
 Os gases podem se condensar a líquidos quando esfriados 
ou comprimidos; 
 
 Essa propriedade indica que as moléculas de gás tendem a 
se atrair mutuamente, caso contrário elas não ficariam juntas 
para formar o líquido; 
 
 Outra observação é que os líquidos são comprimidos com 
muita dificuldade, sugerindo que forças repulsivas impedem 
que as moléculas sejam comprimidas a um volume muito 
pequeno. Novamente, a existência de forças repulsivas 
significa que o modelo dos gases ideais deve ser revisto; 
 
 Neste momento surgem as equações de estado para gases 
reais. 
 
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Fundamentos de Físico-Química 
 uma das melhores maneiras de mostrar os desvios entre os gases ideais e os 
gases reais, denominados de desvios das leis de Boyle e Charles, é através da 
medida do fator de compressão, Z, que corresponde à razão entre o volume molar 
do gás real e o volume molar do gás ideal nas mesmas condições: 
𝑍 = 
𝑉𝑚
𝑉𝑚
𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
 
 o fator de compressão de um gás ideal é 1, assim, desvios do valor Z = 
1 significam desvio da idealidade; 
 os gases reais são formados por átomos ou moléculas sujeitos a 
atrações e repulsões intermoleculares. As atrações têm um alcance 
maior do que as repulsões; 
 O fator de compressão, Z, é uma medida da força e do tipo de força 
intermolecular. Quando Z > 1, as repulsões intermoleculares são 
dominantes. Quando Z < 1, as atrações dominam. 
 
Na Figura 6 pode ser mostrado a variação de experimental de Z para 
vários gases. 11 
Fundamentos de Físico-Química 
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Fundamentos de Físico-Química 
 todos os gases desviam do valor Z=1 quando a 
pressão aumenta; 
 
 o hidrogênio tem Z > 1 em todas as pressões; 
 
 o novo modelo para gases deve acomodar todas 
essas diferenças; 
 
 todos os desvios do comportamento ideal 
podem ser relacionados à existência de forças 
intermoleculares, atrações e repulsões entre as 
moléculas gasosas; 
 
 A existência de forças intermoleculares atrativas 
explica a condensação dos gases a líquidos, quando 
os gases são comprimidos ou resfriados; 
 
 A compressibilidade baixa de líquidos e sólidos 
se deve às forças repulsivas que agem quando as 
moléculas se aproximam demais. 
Figura 6. Variação de experimental de Z para vários gases. 
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Fundamentos de Físico-Química 
0 Equação de estado de gases reais: equação de van der Waals 
𝑝 + 𝑎 
𝑛2
𝑉2
 𝑉 − 𝑛 𝑏 = 𝑛 𝑅 𝑇 
 os parâmetros de van der Waals, independentes da temperatura, a e 
b, são determinados experimentalmente e são característicos de cada 
gás. Alguns valores são apresentados na Tabela 3. 
 
 Tabela 3. Parâmetros de van der Waals, a e b. 
Gás a (L2 atm mol-2) b (102 L mol-1) 
Amônia (NH3) 4,225 3,707 
Argônio (Ar) 1,363 3,219 
Benzeno (C6H6) 18,24 11,54 
Dióxido de carbono (CO2) 3,640 4,267 
Cloro (Cl2) 6,579 5,622 
Etano (C2H6) 5,562 6,380 
Hidrogênio (H2) 0,2476 2,661 
Fundamentos de Físico-Química 
 o parâmetro “a” representa as interações atrativas e, 
por isso, é relativamente grande para moléculas que se 
atraem fortemente; 
 
 o parâmetro “b” representa as interações repulsivas. 
Podemos imaginar que “b” representa o volume de uma 
molécula (mais precisamente o volume por mol de 
moléculas), porque as forças repulsivas impedem que uma 
molécula ocupe o volume já ocupado por outra; 
 
 o papel dos coeficientes “a” e “b” ficam mais claros 
quando reorganizamos a equação de van der Waals: 
 
𝑝 = 
𝑛 𝑅 𝑇
𝑉 − 𝑛𝑏
 − 𝑎 
𝑛2
𝑉2
 
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  e escrevemos o fator de compressão como: 
 
 𝑍 = 
𝑉𝑚
(𝑅 𝑇 𝑝 )
= 
𝑝 𝑉
𝑛 𝑅 𝑇
= 
𝑉
𝑉 −𝑛 𝑏
 − 
𝑎 𝑛
𝑅 𝑇 𝑉
= 
1
1 − 𝑛 𝑏 𝑉 
 − 
𝑎 𝑛
𝑅 𝑇 𝑉
 
 
 para um gás ideal, a e b são iguais a zero e Z = 1; 
 
 Z > 1, quando a contribuição da atração é pequena e a 
contribuição repulsiva é considerável; 
 
 Z < 1, quando a contribuição repulsiva é pequena e a 
contribuição atrativa é grande. 
 
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Fundamentos deFísico-Química