Unidade de Aprendizado 1

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!