aula 1 fisicoquimica2014

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GASES
Turmas: 3NH, 3NI, 3NK, 3NM
Profª: Daniella Napoleão
Vivemos, por assim dizer, imersos na atmosfera ,camada na qual
estão distribuídos os mais diferentes gases. Sem essa camada a vida
não seria possível, sendo de fundamental importância o estudo
sobre os gases.
Os gases são compostos, em geral, por elementos não metálicos,Os gases são compostos, em geral, por elementos não metálicos,
possuem fórmulas moleculares simples e, consequentemente,
massas moleculares pequenas.
Quando uma substância existe na forma natural (CNTP –Condições
Normais de Temperatura e Pressão) sob a forma de líquido ou
sólidos podem existir também no estado gasoso e recebem o nome
de VAPOR.
Existem inúmeras diferenças dos gases quando comparado a sólidos
e líquidos, dentre elas:
• Um gás se expande de modo espontâneo e preenche todo o espaço
do recipiente que o contém;
• O volume do gás é sempre igual ao volume do recipiente que o• O volume do gás é sempre igual ao volume do recipiente que o
contém. Ao sofrer compressão o volume do gás diminui com
facilidade;
• Gases são sempre Misturas Homogêneas.
• Suas propriedades se devem a grande distância existente entre as
moléculas.
PROPRIEDADES DOS GASES
PRESSÃO – “é uma força que impele numa certa direção. A
pressão, p, se define como a força F que atua sobre uma certa
área A”
p = F/Ap = F/A
A força F exercida por um corpo sobre o outro é o seu PESO, o
qual é expresso da seguinte maneira:
F = ma
Sabendo que a = 9,8m/s2
PROPRIEDADES DOS GASES
EXEMPLO: Uma coluna de ar com uma seção de 1m² se estende
do solo até a atmosfera com uma massa de aproximadamente
10000kg, qual a força exercida por esta coluna até o solo?
F = (10000kg) (9,8m/s²) = 1x105 kg.m/s² = 1x105NF = (10000kg) (9,8m/s²) = 1x10 kg.m/s² = 1x10 N
Unidades de Medidas:
No SI força é expressa em kg.m/s², denominada Newton (N).
PROPRIEDADES DOS GASES
EXEMPLO: Para a coluna da questão anterior calcule a pressão
exercida.
p = F/A = 1x105N / 1m² = 1x105N /m² = 1x105 Pa = 1x10²kPa
Unidades de Medidas:
No SI pressão é expressa em N/m², denominada Pascal (Pa).
IMPORTANTE
A pressão atmosférica normal corresponde à pressão em
condições padrões ao nível do mar, sendo suficiente para suportar
uma coluna de mercúrio de 760mm de altura. Essa pressão é
utilizada para definir algumas unidades de medidas de gases:
1 atm = 760mmHg = 760 torr = 1,01325x105 Pa 101,325kPa
O equipamento comumente utilizado para medir pressões é o
BARÔMETRO.
PROPRIEDADES DOS GASES
Temperatura: É a propriedade que indica o grau de agitação das
moléculas de um corpo. Para um gás, quanto maior a temperatura
maior a velocidade de agitação de suas moléculas.
A unidade de temperatura comumente utilizada é o grau Celsius, (ouA unidade de temperatura comumente utilizada é o grau Celsius, (ou
escala centígrada) simbolizado por °C e sua unidade de temperatura
absoluta, o Kelvin, simbolizado por K. A relação entre essas duas
escalas é: T(K) = T(°C) + 273,15
Para o estudo das propriedades dos gases, o uso da temperatura
absoluta é a mais adequada por razões termodinâmicas.
PROPRIEDADES DOS GASES
Equação de estado
O estado físico de um gás (e de qualquer matéria) é definido por
suas propriedades físicas. Duas amostras de um mesmo gás que
possuem mesmas propriedades físicas estão no mesmo estado. O
estado de um gás puro é definido pelo volume V que ele ocupa, pelaestado de um gás puro é definido pelo volume V que ele ocupa, pela
pressão p que ele exerce, pela temperatura absoluta T que ele possui
e por sua quantidade, n (ou número de mols). Entretanto, verificou-
se experimentalmente que basta definir 3 dessas variáveis e a quarta
fica automaticamente definida. Ou seja, cada gás (ou cada
substância) é descrita por uma equação de estado, que estabelece a
relação matemática entre essas 4 variáveis.
PROPRIEDADES DOS GASES
Equação de estado
Assim, quando temos a expressão:
Pode-se dizer que a pressão de um gás é definida em função de sua
temperatura, de seu volume e de seu número de mols. O mesmo
acontecendo com qualquer uma das outras variáveis.
O GÁS IDEAL
É aquele que se encontra sob duas condições:
1. Livre da ação de forças intermoleculares que garantam a
coesão entre suas partículas, impossibilitando sua mudança
de estado físico.de estado físico.
2. O volume de suas partículas é desprezível quando
comparado ao volume ocupado pelo espaço entre elas.
Na prática o volume ocupado pelas moléculas não pode ser
desprezado, quando o gás está submetido a altas pressões.
EQUAÇÃO DE CLAPEYRON
Foi verificando o conceito de mol que o físico francês Paul
Émile Clapeyron estabeleceu uma relação matemática entre
as variáveis de estado de um gás e o número de moles de
uma determinada massa de gás:uma determinada massa de gás:
P.V = n. R.T
Em que R é uma constante chamada constante dos gases. Nas
condições normais de temperatura e pressão ou CNTP (1 atm de
pressão e 0°C), seu valor é (lembrando que um mol de qualquer
gás nas CNTP ocupa 22,4L).
EQUAÇÃO DE CLAPEYRON
Outras unidades
R = 8,314J/mol.K
R= 2cal/mol.K
LEI DOS GASES
Para um gás ideal são válidas as seguintes Leis:
1. LEI DE BOYLE (Processo Isotérmico)
pV = constante, logo, p V = p VpV = constante, logo, p1V1 = p2V2
2. LEI DE CHARLES E GAY-LUSSAC (processos isobárico e
isocórico):
V/T = cte (V1/T1= V2/T2)
p/T = cte. (p1/T1= p2/T2)
MISTURADE GASES
Como se trata gases formados por duas ou mais substâncias
diferentes?
John Dalton descobriu que a pressão de uma mistura de gases é
igual à soma das pressões que cada gás teria se ocupasse sozinhoigual à soma das pressões que cada gás teria se ocupasse sozinho
o volume da mistura.
Desse modo, a pressão exercida por um certo componente da
mistura é a pressão parcial do componente, e a descoberta de
Dalton enuncia a lei das pressões parciais de Dalton.
MISTURADE GASES
A lei das pressões parciais de Dalton admite que cada gás na
mistura se comporto de modo independente dos demais, logo pode-
se escrever:
p = (n + n + n + ...) RT/V = n (RT/V)p1 = (n1 + n2 + n3 + ...) RT/V = ni (RT/V)
Sendo assim, a pressão parcial de cada gás, ou seja, a contribuição
dessa propriedade feita por um gás em particular presente na
mistura.
MISTURADE GASES
Por definição, a pressão parcial é expressa:
Em que:Em que:
MISTURADE GASES
Como cada gás se comporta de modo independente e sabendo que a
fração molar é expressa por X (grandeza adimensional) que dá a
mistura entre o número de moles de um componente na mistura e o
número total de moles desta. Pode-se, portanto escrever:
p1 = (n1/n)pt = X1pt
Em resumo, a pressão parcial de um gás numa mistura é igual
ao produto da sua fração molar pela pressão da mistura.
MISTURADE GASES
EXEMPLO: A fração molar do N2 no ar atmosférico é 0,78 (ou seja,
78% das moléculas de ar são moléculas de N2). Se a pressão
barométrica for igual a 760 torr, calcule a pressão parcial do N2.
p = (0,78) (760 torr) = 590 torr.p N2 = (0,78) (760 torr) = 590 torr.
GASES REAIS
Os gases, na realidade, não obedecem exatamente à lei dos gases
ideias. Essa aproximação só é coerente a baixas pressões (ou no
limite de p tendendo a 0) ou quando o volume ocupado é grande
(V tendendo a infinito). Esses desvios de comportamento em
relação ao gás ideal são devidos às interações entre as moléculas dorelação ao gás ideal são devidos às interações entre as moléculas do
gás (atração e repulsão).
As forças atrativas contribuem para a compressão (diminuição do
volume) e as forças repulsivas para a expansão (aumento do
volume).
FATOR DE COMPRESSIBILIDADE (Z)
O fator de compressibilidade, Z, de um gás é a razão entre o volume
molar (Vm = V/n) e o volume molar de um gás ideal (V0m), nas
mesmas condições de pressão e temperatura.Matematicamente:
Para um gás ideal, Z = 1, pois Vm = V0m. Além disso, como o
volume molar do gás ideal é dado por RT/P. A expressão de Z pode
ser escrita como:
FATOR DE COMPRESSIBILIDADE (Z)
Então, para um gás real o desvio de Z em relação a 1 pode ser
interpretado como uma medida do quanto as propriedades desse gás
estão afastadas em relação ao gás ideal.
EXERCÍCIO
Um gás a 250K e 15 atm tem volume molar 12% menor que o 
calculado para um gás ideal.
Calcule:
a) O fator de compressibilidade
b) O volume molar do gás
c) As forças dominantes são atrativas ou repulsivas?c) As forças dominantes são atrativas ou repulsivas?
Solução: a) Z = 0,88; Vm = 1,2 L/mol; Atrativas, pois Z < 1
EQUAÇÃO DE VAN DERWAALS
Sabe-se a partira da equação de Clapeyron que p = nRT/V para um
gás ideal. Van der Waals propôs que esta equação fosse corrigida
para explicar o comportamento de um gás, levando em consideração
os dois efeitos estudados: volume finito ocupado pelas moléculas do
gás e as forças atrativas entre as moléculas. Desse modo, elegás e as forças atrativas entre as moléculas. Desse modo, ele
introduziu duas constantes , a e b, para realizar as correções:
EQUAÇÃO DE VAN DERWAALS
O volume é diminuído pela parcela nb , em que, b, é uma medida do
volume real ocupado pelas moléculas e expresso em L/mol. A
pressão é diminuída do mesmo modo e a constante a é expressa em
unidades L².atm/mol². A grandeza de a reflete a intensidade das
forças atrativas moleculares.
EQUAÇÃO DE VAN DERWAALS
EXERCÍCIO: Admita que 5 mols de etano estejam confinados num
vaso de 2,83 L, a 27°C. Estime a pressão do etano utilizando a
equação de Van der Waals e calcule seu fator de compressibilidade.
Dados: R = 0,082 atm.L/mol.K; a = 5,507 atm.L²/mol² e b = 0,0651
L/molL/mol
Solução: p = 31,9 atm ; Z = 0,734