Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 1/16 Estados de agregação da matéria. Energias de interação de Keeson, Debye, interações de London. APRESENTAÇÃO Olá! Nesta Unidade de Aprendizagem, abordaremos os diferentes estados da matéria: gasoso, sólido e líquido, dando ênfase à evolução da teoria dos gases ideias e reais para os estados líquido e sólido, denominados condensados. Bons estudos! Ao final desta unidade você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar as principais caracterís�cas �sico-químicas de cada estado da matéria; Explicar o significado de gás ideal e gás real; Contrastar as diferenças entre gás ideal e gás real e como isso leva a outros estados de agregação da matéria. DESAFIO O conceito de umidade rela�va (UR) é de uso co�diano e necessário para definir condições experimentais de laboratório e de ambiente de trabalho, em condições de ambiente controlado. A UR é definida como a razão entre a pressão de saturação (Psat) e a pressão de sub-saturação (Px) do vapor de água, a uma determinada temperatura e pressão normal (1 atm). O cálculo da • • • 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 2/16 variação da umidade se vale da teoria dos gases ideais aplicada à mistura de gases que denominamos ar. Assim, conhecendo alguns parâmetros, somos capazes de determinar qual é o valor da UR em volumes restritos e sua dependência com a temperatura. Considere para o nosso desafio um recipiente, fechado, de 2,4 L de volume e contendo ar úmido e uma pequena quan�dade de água residual, em repouso até entrar em equilíbrio térmico, a 25°C (298,15 K). Nessas condições, ocorrerá saturação do espaço interior do recipiente, alcançando a pressão de vapor de água seu valor de saturação. Valores tabelados na literatura nos indicam que esse valor corresponde a 0,0316 atm, a 25°C. Com base nesses dados, determine a temperatura necessária para diminuir a pressão de vapor de saturação (100%) até um valor correspondente a 94%, ou seja, reduzir a umidade relativa de 94%. INFOGRÁFICO A abordagem sistemá�ca a ser seguida nesta Unidade é esquema�zada no infográfico. O elemento-guia dessa abordagem é o efeito gradativo das interações entre átomos e moléculas sobre o estado de agregação da matéria. Conforme as interações aumentam, os graus de liberdade associados aos estados gasoso, líquido e sólido diminuem de modo concomitante. Figura 1 CONTEÚDO DO LIVRO Para compreendermos melhor o conteúdo abordado nesta Unidade de Aprendizagem, faremos a leitura de um trecho da seguinte obra: NETZ, P.A.; GONZÁLEZ ORTEGA, G. 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 3/16 Fundamentos de �sico-química: uma abordagem conceitual para as ciências farmacêu�cas. Porto Alegre: Artmed, 2002. 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 4/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 5/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 6/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 7/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 8/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 9/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 10/16 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 11/16 DICA DO PROFESSOR O vídeo mostra uma apresentação escalonada da transformação de gases em líquidos e sólidos, tendo como fio condutor três equações básicas: 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 12/16 A equação dos gases ideais de Clapeyron, o fator de compressibilidade e a equação de van der Waals para gases reais. Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Confira! EXERCÍCIOS 1) A equação de van der Waals considera os efeitos de repulsão e de atração entre as moléculas de gases, como nitrogênio, por exemplo. Para os mesmos valores de temperatura e volume molar, explique por qual mo�vo a pressão do nitrogênio como gás real será menor que a pressão do nitrogênio como gás ideal. a) Como em muitos gases, o efeito da atração (a) prevalece sobre o efeito de repulsão induzido pelo co-volume (b) a pressões compara�vamente baixas. O sinal nega�vo do termo de atração da equação de van der Waals implica menor valor calculado de P, que sobrepuja o efeito do co-volume a pressões rela�vamente baixas. b) A pressões compara�vamente baixas, como é o caso da pressão atmosférica, o efeito da atração (a) prevalece sobre o efeito de repulsão induzido pelo co-volume (b). c) Porque na equação dos gases reais de van der Waals, o termo rela�vo à atração é subtraído aritme�camente do valor da pressão. d) Porque o efeito da interação prevalece a baixas temperaturas. e) Porque o efeito do co-volume faz diminuir a pressão. 2) O gás de cozinha tem valores aproximados de "a" e de "b" ( as constantes de van der Waals de 14,1 atm mol-1 L2 e 0,11 l mol-1, respec�vamente. Quando 1 mol desse gás, a 298,15 K, é colocado dentro de três recipientes de 10, 5, 0 e 1 L, os valores de pressão medidos foram 2,33, 4,44 e 13,4 atm, respec�vamente. Em outras palavras, a diminuição no volume não é linearmente proporcional ao aumento constatado na pressão. Pergunta-se: como você jus�fica essa falta de proporcionalidade entre volume e pressão? a) Nas condições descritas, na temperatura considerada de 298,15 K, o gás não se comporta como gás ideal. De acordo com a equação de van der Waals para gases reais, a relação entre pressão e volume é, de fato, não linear, o que impede qualquer inferência linear entre essas duas variáveis. b) Porque o gás passa do estado gasoso para o estado líquido, conforme descrito pelas isotermas de van der Waals, que descrevem relações não lineares entre P e V. c) A equação de van der Waals para gases reais descreve um comportamento não linear, como se pode constatar nas isotermas derivadas dessa equação. d) Porque a redução do volume do recipiente acarreta uma diminuição do co-volume molar. e) Porque a variação na temperatura altera a relação pressão-volume. 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 13/16 3) Vários gases podem liquefazer a pressão ambiente com facilidade. Explique por qual mo�vo a leitura de um manômetro acoplado ao recipiente contendo um desses gases não permite prever com exa�dão o consumo desse gás em função do tempo de uso. a) Em condições moderadas de pressão e temperatura, um gás pode liquefazer. Nesse caso, a pressão interna corresponderá à pressão de vapor do líquido, que permanecerá basicamente constante durante a maior parte do tempo de uso. b) Porque a pressão interna varia com a temperatura do meio externo. c) Porque manômetros não são projetados para medir a pressão de vapor de gases liquefeitos. d) Porque o volume ocupado pelo gás liquefeito vai diminuindo ao longo do tempo de uso. e) Porque nessas condições, provavelmente, o gás a�nge a pressão crí�ca, que é constante. 4) Em um ensaio de qualidade de matérias-primas, uma amostra de 2 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3, M 84 g mol-1) liberou 0,48 L de CO2 (M = 44 g mol-1), a 273 K e pressão de 1 atm. Sabendo que 1 mol de bicarbonato de sódio gera 1 mol de dióxido de carbono na forma de gás, pergunta-se: a) Qual é a pureza dessa amostra? b) Asmedições em gasometria são feitas a 20°C e não a 0°C (273 K ). Qual será o erro percentual, caso essa correção não seja introduzida no cálculo anterior? a) Pureza: 91,6%. Erro percentual: 8,4%. b) Pureza: 191%. Erro percentual: 8,4%. c) Pureza: 91,61%. Erro percentual: 9,16%. d) Pureza: 102,3%. Erro percentual: 9,16%. e) Outros valores para percentual de pureza e erro percentual. 5) A temperatura crí�ca (Tc) de um gás corresponde à temperatura acima da qual esse gás não poderá ser liquefeito, independentemente da pressão aplicada. Para cada Tc existe um volume molar crí�co (Vc) e uma pressão crí�ca (Pc) (ver Netz e Ortega, p. 30-1). O n-butano tem um valor de Tc de 425,1 K e Pc de 3,784 atm. Calcule o valor do Vc desse gás u�lizando a 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 14/16 equação do fator de compressibilidade de um gás de van der Waals em condições crí�cas e a equação dos gases ideias (equação de Clapeyron). Considere a massa de 1 mol. a) Vc como gás real = 3,455 L mol-1. Vc como gás ideal = 9,212 L mol-1. b) Vc como gás real = 350,25 L mol-1. Vc como gás ideal = 934,0 L mol-1. c) Vc como gás real = 83,71 L mol-1. Vc como gás ideal = 223,22 L mol-1. d) Vc como gás real = 9,189 L mol-1. Vc como gás ideal = 9,212 L mol-1. e) Outros valores para percentual de pureza e erro percentual. NA PRÁTICA O uso de substâncias no estado gasoso, simples ou em mistura, faz parte do nosso dia a dia. O entendimento sobre como sistemas no estado gasoso se comportam é, por consequência, muito importante. Entender as diferentes nuances que observamos à medida que avançamos na consideração das interações moleculares e atômicas permite-nos estabelecer um fluxo con�nuo de eventos, que passam pelo gás ideal, seguem com o gás real e culminam com os estados condensados líquido e sólido. Adotamos pragma�camente as equações do gás ideal quando elas conseguem descrever, de forma bastante aproximada, o comportamento dos gases (como os gases da atmosfera), as análises de volumetria de gases em testes toxicológicos e forenses, o volume de dióxido de carbono liberado por um comprimido efervescente, a reserva de gás que um mergulhador dispõe, entre outros. 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 15/16 Figura 2 Pelo contrário, quando as interações moleculares se tornam manifestas, o gás apresenta um comportamento real. Na condição de gás real, as equações perdem seu caráter geral e passam a ser par�culares, isto é, o comportamento real é inerente à natureza de cada gás em par�cular e passamos a tratar os gases caso a caso. Dependendo da pressão, temperatura, concentração e natureza de cada gás, o gás passará ao estado líquido e, em casos especiais, diretamente ao estado sólido (dióxido de carbono dos extintores de incêndio, por exemplo). Figura 3 Entretanto, as caracterís�cas do novo estado de agregação, como é o caso da temperatura de ebulição, congelamento, pressão de vapor e densidade, são predeterminadas pela interação molecular observada no estado gasoso. 16/12/2017 Unidade de Aprendizado https://sagahcm.sagah.com.br/sagahcm/ua/973/1/2/indexprint.html 16/16 SAIBA + Para ampliar seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: CASTELLAN, G. Fundamentos de �sico-química. São Paulo: LTC, 1986. MOORE, W.J. Físico-química (Vol. 1). Tradução da 4.ed. São Paulo: Blucher, 1976. Calculadora eletrônica: Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Confira!
Compartilhar