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São Luís - MA 2018 PROPRIEDADES DOS GASES UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO BACHARELADO INTERDISCIPLINAR EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA GASES GÁS Um gás pode ser convenientemente descrito como um conjunto de moléculas (ou átomos) em movimento permanente e aleatório, com velocidades que aumentam quando a temperatura se eleva. Difere de um líquido por ter as moléculas muito separadas umas das outras, exceto nos instantes das colisões, que se movem em trajetórias que não são perturbadas por forças intermoleculares. SUBSTÂNCIAS QUE EXISTEM COMO GASES SUBSTÂNCIAS GASOSAS Exemplos de substâncias que são gases a 1 atm e 25°C Sistema em equilíbrio: valor das propriedade não mudam com o tempo. Sistema em estado definido: quando todas ou algumas propriedades do sistema são definidas (estados do sistema). Equação de estado do sistema: é a relação matemática entre os valores destas quatro propriedades Propriedades comumente necessárias para descrever o sistema: Massa Volume Temperatura Pressão Pressão: pode ser definida como o quociente de uma força pela área sobre a qual se aplica. PRESSÃO 1 Pa = 1 N m-2 Unidades de Pressão e fatores de conversão Unidades de Pressão Equilíbrio Mecânico entre Dois Gases Medidas de Pressão Barômetro: Foi inventado no século 17 por Evangelista Torricelli Descrição: Consiste em um tubo de vidro vertical, fechado em uma extremidade, imerso com a extremidade aberta em um recipiente contendo um líquido. Funcionamento: o líquido atinge uma altura no tubo em que o peso da coluna de líquido é igual à pressão exercida (atmosférica) Equilíbrio Mecânico. Se o liquido for o mercúrio a coluna deve subir 760 mm, que corresponde a pressão atmosférica padrão. Manômetro: Modificação de um barômetro para medir pressões de um gás contido em um recipiente Descrição: Tubo de vidro em U, parcialmente preenchido com mercúrio, com uma extremidade conectada no recipiente e a outra podendo estar fechada ou aberta. Funcionamento: Mesmo princípio de funcionamento do barômetro, sendo que o equilíbrio é atingido no balanço do peso da coluna de mercúrio com a pressão do recipiente e a pressão na extremidade oposta Medidas de Pressão Volume – É a quantidade de espaço ocupado, ou que pode ser ocupado (recipiente), por um corpo. O gás ocupa o volume total do recipiente. Unidades: (L, mL, cm3, m3, etc). VOLUME TEMPERATURA Definição: mede o grau de agitação das partículas do gás. Essa propriedade que nos informa o sentido do fluxo de energia na forma de calor. A temperatura aumenta no sentido de quem recebe o calor (energia) Unidade de medida: Kelvin (K) Aquecimento de um corpo Aumento da energia cinética Aumento das colisões Aumento da temperatura do corpo Equilíbrio Térmico Quantidade de matéria: é uma representação da quantidade de partículas existentes no sistema. A unidade de quantidade de matéria é o mol. Mol: é a quantidade de matéria existente em um sistema que tem tantas partículas elementares quantos são os átomos contidos em 12g de Carbono 12. QUANTIDADE DE MATÉRIA Quantidade de Matéria nos gases LEI DOS GASES A equação de estado de um gás foi estabelecida pela combinação de várias leis : Lei de Boyle Lei de Charles Gay Lussac Lei de Avogadro Equação os gases ideais Lei de Boyle Lei de Robert Boyle (1661) – massa constante e temperatura constante Lei de Boyle – a temperatura constante, a pressão de uma amostra de gás é inversamente proporcional ao seu volume e o volume da amostra é inversamente proporcional à pressão: p V V p 1 e 1 Lei de Boyle PV = constante Pressão 1/Pressão Temperatura constante Temperatura constante Isoterma – curva que representa o comportamento de uma propriedade a temperatura constante, em que: T4 T3 T2 T1 Representação gráfica da lei de Boyle T4 T1 T2 T3 Lei de Charles e Gay-Lussac Lei de Charles: Para uma massa fixa de gás sob pressão constante, a variação de volume é diretamente proporcional à variação da temperatura absoluta. V T V/T = cte, V1/T1 = V2/T2 Isobara (isobárica) – curva que representa o comportamento de uma propriedade a pressão constante Isobara TRANFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA (ISOCÓRICA) Lei de Gay-Lussac (1802): A pressão e a temperatura absoluta de um gás são diretamente proporcionais quando o volume é mantido constante. P1 T1 P2 T2 = = P3 T3 = K Equação com as variáveis pressão, volume e temperatura P1 x V1 T1 P2 x V2 T2 = Lei de Avogadro Lei de Avogadro (1811): “À mesma temperatura e pressão, volumes iguais de gases diferentes contêm o mesmo número de moléculas “. V n V = kn n = número de mols k = constante de proporcionalidade Ex: 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 3 volumes 1 volume 2 volumes Lei de Avogadro GÁS IDEAL ATIVIDADES Em um recipiente com 3,50 L de uma gás, a pressão exercida é de 0,750 atm. Calcule o volume quando a pressão é aumentada para 1,50 atm, à temperatura constante. Pressão Volume 1 0,750 atm 3,50 L 2 1,50 atm V2? Dados (0,750 atm)(3,50 L) = (1,50 atm)V2 V2= 1,75 L Resolução Calcule a temperatura de final para uma amostra de gás, cujo os volume inicial é de 0,678 L à 273 K, e volume final de 0,896 L. Temperatura Volume 1 273 K 0,678 L 2 T2 ? 0,896 L Dados Um certo gás ocupa um recipiente com 908 L à 0,943 atm à 20ºC. Depois de um certo tempo a temperatura foi elevada para 72 ºC e a pressão para 1,07 atm. Calcule o volume final ocupado pelo gás. Temperatura Volume Pressão 1 20 ºC 908 L 0,943 atm 2 72 ºC V2 ? 1,07 atm Dados V2= 942 L (0,943 atm)(908 L) 293 K (1,07 atm)V2 345 K = Exercício Em um certo recipiente existem 2 moles de um determinado gás ocupando 44 L. Qual será o volume do mesmo gás com 5 moles?. Alguém encheu um balão atmosférico de hélio em -20,0°C e, em uma determinada pressão, com 1,2 x 103 mol de He até completar o volume de 2,5 x 104 L. Qual o volume molar do He em -20,0°C? Numero de mol Volume 1,2 x 103 mol 2,5 x 104 L Dados Vm= 20,8 L Vm V n =
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