Aula 1 7 físico química

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Bibliografia
1. CASTELLAN, Gilbert. Fundamentos de Físico-Química, Rio
de Janeiro: Editora Genio/LTC, 1ª edição, 1986.
2. ATKINS, Peter. Físico-Química Fundamentos, Rio de Janeiro:
Editora LTC, 3ª edição, 2001.
3. ATKINS, Peter; PAULA, Júlio de. Físico-química, v.1. Rio de
Janeiro: Editora Genio/LTC, 9ª edição, 2012.
Importância do estudo da 
Físico Química
➢ A físico química pode ser definida como uma divisão da
química que estuda o aspecto físico das espécies químicas.
➢ Utilização da matemática para a construção de suas bases
teóricas, mostrando as relações físicas com as substâncias
químicas através de cálculos efetuados, para confirmação dos
dados experimentais.
➢ Sua importância é fundamental por que ela fornece todas as
ferramentas necessárias para realização dos experimentos.
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Os Estados da Matéria
PROPRIEDADE GÁS LÍQUIDO SÓLIDO
Densidade baixa alta alta
Coef.expansão térmica alta baixa baixa
Tensão superficial Zero~ média Muito alta
Viscosidade baixa média Muito alta
Energia cinética molecular alta baixa baixíssima
Desordem Muito alta média pequena
Compressibilidade alta Zero~ Zero~
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GASES - Propriedades
 Maior desorganização e maiores distâncias entre os
átomos;
 Movimento de partículas de forma rápida e contínua;
 Sofrem compressão e expansão facilmente (de acordo com
a pressão exercida sobre seu volume)
 Comportamento físico de um gás é praticamente
independente de sua composição química.
 O comportamento de 1 gás é controlado pelo seu volume,
pressão, temperatura e pelo nº de moles da substância.
GASES
• Alguns elementos são gases sob condições normais.
• Outros gases a temperatura ambiente: Cianeto de Hidrogênio
(HCN)4, Sulfeto de Hidrogênio (H2S), Metano (CH4), Dióxido de Enxofre (SO2)
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Variáveis de Estado dos Gases
 Volume - o volume do gás é igual ao volume do recipiente
que o contém.
 Unidade de Volume (SI) – m3
1m3 = 1.000 L
Variáveis de Estado dos Gases
 Pressão – definida como a força média por unidade de área
sobre a qual a força atua.
 Unidade de Pressão (SI) – Pa = 
1 bar = 105 Pa
1 atm = 1,01325 bar = 1,01325 x 105 Pa = 101,325 kPa
A
F
Área
Força
 Pressão  21
2
.s1kg.m
m
N 
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Variáveis de Estado dos Gases
 A pressão é resultado das colisões existentes entre as
moléculas do gás e as paredes do recipiente que as contém.
 Assim, quanto maior a quantidade de partículas por área,
maior será a pressão exercida.
 Os gases atmosféricos causam uma pressão sobre a
superfície terrestre, que é denominada pressão atmosférica.
Variáveis de Estado dos Gases
• Pressão – outras unidades:
Pa =
21
2
.s1kg.m
m
N 
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Variáveis de Estado dos Gases
 Temperatura – mede o grau de agitação das partículas
(átomos ou moléculas) do gás.
 Unidade de Temperatura (SI) – Kelvin (K) (escala
absoluta)
Variáveis de Estado dos Gases
 Temperatura – conversões de unidades: 15,273)(º)(  CTKT
)32)(º(
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)(º  FTCT
32)(º8,1)(º  CTFT )(8,1)(º KTRT 
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Gás Ideal 
 Energia de interação entre as moléculas é desprezível;
 Não há forças de atração ou repulsão entre as moléculas;
 Equação de estado depende apenas da molaridade, do
volume, da temperatura e da pressão;
 Obedecem as Leis dos Gases (Boyle, Charles e Gay-
Lussac);
 Não existem na natureza.
Lei de Boyle - Mariotte
• Relação entre o volume a pressão do gás
• Observamos um aumento de pressão com uma diminuição
do volume do gás
• p=kV
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Lei de Boyle - Mariotte
Lei de Gay-Lussac
• Relação entre a temperatura e o volume do gás
• Observamos um aumento de volume com uma aumento da
temperatura do gás
• V=kT
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Lei de Boyle - Mariotte
Pressão (p) (atm) Volume (V) (mL) Produto PV
2 600 1200
4 300 1200
6 200 1200
8 150 1200
Lei de Charles
• Relação entre a temperatura e a pressão do gás
• Observamos um aumento de pressão com uma aumento
da temperatura do gás
• p=kT
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Lei de Charles
• Transformação isovolumétrica ou isométrica ou isocórica.
Lei de Charles
Temperatura (T) (K) Pressão (p) (atm) Quociente P/T
100 3 0,03
200 6 0,03
300 9 0,03
400 12 0,03
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Lei de Gay-Lussac
p1
p2
p2 > p1
Lei de Gay-Lussac
Temperatura (T) (K) Volume (V) (mL) Quociente V/T
100 200 2
200 400 2
300 600 2
400 800 2
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Lei de Gay-Lussac
• Quando o volume é extrapolado
para zero, todas as retas
tendem para uma mesma
temperatura (θ = -273,15 ºC)
independente da natureza do
gás
• Essa temperatura mínima
representa o zero absoluto
de temperatura
• Definiu-se uma nova escala
de temperatura, a escala de
temperatura absoluta ou
escala Kelvin
15,273)(º)(  CTKT
Resumo
 Em uma transformação isotérmica - pressão e volume são
inversamente proporcionais
 Em uma transformação isométrica - pressão e temperatura
são diretamente proporcionais
 Pressão é diretamente proporcional à temperatura e
inversamente proporcional ao volume 2
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1
11
TT
VPVP

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Resumo
Transformação Volume Pressão Temperatura Lei
Isotérmica Varia Varia Constante
Boyle-
Mariotte
Isobárica Varia Constante Varia Gay-Lussac
Isocórica Constante Varia Varia Charles
Exercícios
1) Um pneu de carro foi cheio de ar até uma pressão de 30
lb/in2 em um dia de inverno com temperatura de – 1°C.
Qual pressão será encontrada, assumindo que não houve
nenhum vazamento e que o volume ficou constante, em
um dia de verão em que a temperatura for de 32°C?
Pi = 30 lb/in2
Ti = -1°C = 272,15K
Pf= ?? 
Tf = 32°C = 305,15K fi TT
fi PP

305,15272,15
30 fP

Pf= 33,64 lb/in2
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Exercícios
2) Uma amostra de um gás ocupa 250 cm3 a 27°C. que
volume irá ocupar a 35°C, se não houver variação
de pressão?
Vi = 250cm3
Ti = 27°C = 300,15K
Vf= ?? 
Tf = 35°C = 308,15K fi TT
fi VV

308,15300,15
250 fV

Vf= 256,66 cm3
Exercícios
3) Qual o volume final atingido por uma amostra de gás
que foi aquecido de 25°C até 1000°C e cuja pressão
aumentou de 10 kPa até 150 kPa? Admita que o
volume inicial da amostra era de 15 mL.
Vi = 15 mL
Ti = 25°C = 298,15K
Pi = 10 kPa
Vf= ?? 
Tf = 1000°C = 1273,15K
Pf = 150 kPa
1273,15
*150
298,15
15*10 fV

Vf= 4,27 mL
2
22
1
11
TT
VPVP

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Exercícios
4) Qual seria o volume de um gás, nas CNTP (T=0°C,
p=1atm), se ocupasse um volume de 270 cm3 a
20°C e 90 kPa?
Vi = 270cm3
Ti = 20°C = 293,15K
Pi = 90 kPa
Vf= ?? 
Tf = 0°C = 273,15K
Pf = 1 atm = 101,325kPa 273,15
*325,101
293,15
270*90 fV

Vf= 223,46 cm3
2
22
1
11
TT
VPVP

Exercício - correção na próxima aula
5) De um estado inicial de 4L, 2 atm e 300K, um gás perfeito é
submetido a uma expansão isobárica até duplicar seu
volume. Em seguida, é comprimido isotermicamente até o
seu volume original e, finalmente, a volume constante, é
resfriado até a sua pressão inicial.
a) Represente as transformações sofridas pelo gás em um
diagrama P x V
b) Calcule a temperatura do gás durante a durante a expansão
isobárica e a pressão por ele atingida ao seu final