Relatório FSQ1 Pratica1

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUI 150P – Laboratório de Físico Química
Prof.Dr. Cláudio Lima
RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA 
 PRÁTICA 1 – AS LEIS DOS GASES IDEAIS
Nome : Isabela Silva de Resende Santos – 91104 ; Victor Souza Teixeira – 94478 ; Junio Delai Silva Marques – 87188 ; Larissa Theobald - 87200
Setembro , 2018
Viçosa , MG
1.Resumo 
Nessa prática tivemos como objetivo verificar o comportamento empírico dos gases nos processos isotérmicos e isobáricos. Seguimos essa análise com ajuda da lei dos gases que foi criada por físico-químicos com o intuito de entender o comportamento macroscópico dos gases. Existem três leis dos gases que são conhecidas como, Lei de Boyle (processo isotérmica), Lei de Gay-Lussac (processo isovolumétrico) e a Lei de Charles (processo isobárico).Para esta prática, usamos os aparatos representados na figura 1 e figura 2.Como o objetivo foi de verificar as leis de Boyle e de Charles, o resultado obtido teria que cumprir com os padrões dos gráficos verificados nessas leis(1). 
2.Introdução 
Pode-se afirmar que o estudo dos sistemas gasosos é de grande importância para a físico-química e a química em geral. Baseado na teoria cinética molecular pode-se calcular as propriedades destes sistemas gasosos com auxílio de um modelo matemático. Como já dito as leis utilizadas para os cálculos dessas propriedades foram a Lei de Boyle, Lei de Charles e Gay Lussac(2).
2.1. Lei de Boyle(Lei das Isotermas)
Em 1661,o irlandês Robert Boyle, quantificou o comportamento experimental, pressao-volume(PV) dos gases.Os resultados , obtidos de uma massa de gás de temperatura(caracterizando uma curva isotérma), esses resultados foram resumidos em uma equação: 
 					equação 1
Onde P é pressão , V é volume e K1 é uma constante.Sendo assim: “Em um sistema fechado em que a temperatura é mantida constante, verifica-se que determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional a sua pressão”
2.2. Lei de Charles e Gay Lussac(Lei de Isóbaras)
O cientista francês Jacques Charles em 1787 postulou que: “a variação relativa do volume com a temperatura é igual para todos os gases”.Este postulado pode ser enunciado em função do α0(coeficiente de expansão térmica), em relação ao volume medido a 0°C(V0):
 			equação 2
Em 1882, outro cientista francês, Joseph Gay Lussac complementou o trabalho experimental anterior, postulado que: “para uma determinada massa de gás sob pressão constante, o volume varia linearmente com a temperatura experimental(t/°C)”.Segundo uma equação linear, da forma(3):
 V = mt + b 					equação 3
Fazendo as simplificações necessárias temos a Lei de Charles e
Gay-Lussac:
V/T = K2 					 equação 4
Sendo assim, “num processo isobárico o volume de um gás é diretamente proporcional à temperature absoluta”.Deste último resultado podemos concluir que a constante K1 da lei de Boyle(equação 1) depende da temperature, ou seja:
 PV=K(T) 			 equação 5
O gás em qualquer estado satisfazer a seguinte relação:
 equação 6
Para um processo isovolumétrico(ou isocórico) a equação anterior teria a forma:
 
 P/T = K3 equação 7
Neste caso: “A pressão é diretamente proporcional à temperature do gás” (4).
2.3. Lei dos Gases Ideais 
Segundo o princípio de Avogadro: “volumes iguais de gases diferentes nas mesmas condições de temperature e pressão, contém o mesmo número de moléculas”.A combinação das leis de Boyle, Charles e Gay Lussac e o princípio de Avogadro, conduzem à Lei Universal de Gases(5):
PV= nRT equação 8
3.Objetivos
Conferir o comportamento dos gases em processos isotérmicos e isobáricos. Acompanhar as deduções da lei de Boyle, lei de Charles, lei de Gay-lussac; e aplicar a lei universal dos Gases.
4.Reagentes e equipamentos
Tubo capilar com uma extremidade fechada em banho-maria e tubo em U ligado a um nanômetro de mercúrio;
Sistema de aquecimento para banho-maria a quente;
Gelo para produzir banho frio.
5.Técnica experimental
5.1 Parte I: LEI DE BOYLE
 
 
Para analisar a variação do volume da coluna de ar a partir da variação da pressão, variou-se a altura na qual se encontrava o tubo capilar, de forma a serem coletadas cinco medidas diferentes.Não houve a utilização de reagentes neste experimento.
 
5.2 Parte II: LEI DE CHARLES E GAY-LUSSAC
 
 
 
Para verificar a influência da mudança de temperatura no volume da coluna de ar aprisionado, foi utilizado primeiramente um banho-maria a frio, com temperatura a 0ºC. Posteriormente, este banho-maria foi submetido a aquecimento para que fossem atingidas as temperaturas de 15ºC, 26ºC, 40ºC e 60ºC e obtidas às respectivas alturas da coluna de ar aprisionado.Não houve a utilização de reagentes neste experimento.
6.Resultados e discussões
6.1. Parte I – Lei de Boyle
No procedimento experimental realizado para se verificar a dedução da lei de Boyle, foi utilizado um tubo em U de 3 mm de diâmetro conectado a um nanômetro de mercúrio. Através desse equipamento foi possivel se observar que a altura da coluna de ar no tubo variava a medida que se alterava a altura do bulbo com mercúrio. De acordo com as alturas medidas, foi montada a seguinte tabela:
Tabela 1: valores obtidos no experimento
	H (cm)
	h(mm)
	 T (°C)
	P (mmHg)
	V (L)
	PV (mmHg.L)
	14,41
	0
	23
	709
	1.10-3
	0,71
	16,50
	-84
	23
	625
	1,2.10-3
	0,75
	18,30
	-144
	23
	562
	1,3.10-3
	0,75
	10,50
	250
	23
	959
	7,5.10-3
	0,72
	1,30
	527
	23
	12,36
	9,2.10-3
	0,11
	
	
	
	
	
	
 
Essa prática foi realizada a temperatura constante de 23°C que foi conferida durante todo o experimento, e a pressão atmosférica de 709 mmHg.Note que H = h a pressão é a atmosférica, h > H a pressão é a atmosférica + a diferença e h< H a pressão é a atmosférica – a diferença.
 Após coletar e organizer os dados calculou-se a incerteza relativa ao produto de PV é dado por: um erro consideravelmente razoável , após isso aplicou-se a equação (8) obtendo um numéro de mols no valor de 3,2x10-5, um número bistate peuqueno porém correspondente ao diâmetro do tubo utilizado, posteriomente utilizando novamente a equação (8) com o número de mols encontrado e a massa molar do ar definido na parte experimental II, encontrou-se o valor da massa aprisionado na coluna de ar no valor de 9,7x10-4g. 
Os resultados desse experimento permite que verifiquemos a lei de Boyle, ou seja, mantendo a temperetura constante (processo isotérmico) a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais. Isso é o mesmo que dizer que um acréscimo na pressão indica um decréscimo de mesma intensidade no volume e vice-versa. Portanto essa lei é uma ferramenta de extrema importância para o estudo dos gases e nos permite ter um entendimento mais completo sobre o comportamento desses componentes que são tão abundantes no mundo. Daí surge a importâcia do entendimento desses compostos e dessa lei que fornece uma forma de trabalhar matemáticamente essa relação entre volume, pressão e temperatura tendo em vista que pode ser englobada na lei dos gases ideais trazendo conhecimento sobre diversos sistemas gasosos. tal. A partir dessa tabela 2 com os valores obtidos em aula prática, obtêm-se o gráfico 1. 
Tabela 2: Dados do gráfico de P x V
	P 
	0,25
	0,5
	1
	2
	4
	V (L)
	2,49.10-3
	1,39.10-3
	6,9.10-3
	3,44.10-3
	1,74.10-3
 
Gráfico 1: Pressão(atm)/Volume(L)
O gráfico condiz com a lei a ser evidenciada, uma vez que a função analítica do gráfico é semelhantea uma hipérbole, indicando então a lei das isotermas, onde a pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu volume, à temperature constante .
 
6.2.Parte II – Lei de Gay e Lussac
De iníco foi medido o diâmetro do capilar que foi de aproximadamente 0,1 cm, adotou-se então a pressão atmosférica no laboratório como constante no valor de 709 mmHg.Após efetuar o experimento da Lei de Charles e Gay Lussac (Lei das Isóbaras) coletou-se os dados que estão na tabela a seguir:
 Tabela 3 : Dados do experimento – Parte II
	
Temperatura (K)
 
	
Temperatura (°c)
	
Volume (L) x10-6
	
Altura (cm)
	
N° de mols (x10-5)
	273,15
	0
	65
	8,3
	2,71
	289,15
	16
	71
	9,0
	2,79
	297,15
	24
	72
	9,2
	2,76
	313,15
	40
	79
	10
	2,87
	333,15
	60
	88
	11,2
	3,00
	
	
	
	
	N° médio de mols: 2,83
 Aplicando a lei geral dos gases ideais (equação 8), calculou-se então o número médio de mols de ar aprisionado na coluna de ar no capilar no valor de 2,83 x 10-5 mols, um valor bastante pequeno que é proporcional ao diâmetro do tubo utilizado. Considerando as condições ambientais descritas no Hand Book de 300K e presão de 750,6 mmHg, valores muito próximos ao abservado no laboratório no momento do experimento, sendo 296,15K e 709mmHg adotou-se a densidade do ar como sendo aproximadamente 1,161gL-1, adaptando então a equação 8 de tal forma em que ⇨, substituindo m/v por densidade (ρ) temos : ⇨ . Obteve-se então a massa molar do ar no valor de 30,24gmol-1, com os valor da massa molar calculou-se a massa do ar aprisionado na coluna, visto que a massa do ar aprisionado é dado dor: no qual é o número de mols e a massa molar, aplicando os valores de
 =2,83x10-5mols e =30,24gmol-1 temos que a massa do ar aprisionado é de 8,55x10-4 g. Partindo do princípio de Avogadro no qual os volumes iguais de gases diferentes nas mesmas condições de temperatura de pressão contém o mesmo número de moléculas pode-se então calcular o volume molar do gás a temperature de 0°c onde o volume em litros é de 6,5x10-5 e o número de mols é de 2,71x10-5,efetuando a divisão do volume pelo número de mols obtemos um valor de 23,98Lmol-1e, no qual o volume molar padrão é de 22,414Lmol-1 dando um erro experimental de -6,99% um erro relativamente baixo, considerando a baixa precisão dos equipamentos de medidas , até mesmo erros de operação. 
Gráfico 2 : Volume(L)/Temperatura(K)
Gráfico 3 : Volume(L)/Temperatura(°C)
Gráfico 4: Volume(L)/Temperatura(°C) com volume tendendo a zero
Nota-se que no gráficos 2 e 3 a função analítica é próximo a uma reta, ou seja uma função linear, visto que nestes casos o volume é proporcional a respectiva temperatura. Já no gráfico 4 observa-se que se o valor do volume (v) for tendendo a zero a tempertura(°c) irá para um valor de -150°C valor esse obtido pela regressão linear(y = 4x10-7x + 6x10-5), que por sua vez é extremamente baixo próxima ao zero absoluto, no qual empiricamente é impossível chegar em um valor tão baixo de temperatura no laboratório 
7.Conclusão 
	
Conclui-se que o comportamento empírico dos gases em processos isotérmicos e isobáricos em geral seguem as leis de Boyle, de Gay Lussac e Charles, uma vez que apresentam resultados razoáveis e com precisão aceitável, onde na química é de suma importância, visto que é através da aplicação das deduções das Lei de Boyle,Charles e Lussac que é possível encontrar padrões de comportamento de diferentes gases em diferentes situações. A utilização dos gases são em diversas áreas e a todo momento em muitas indústrias como a química, mineração, energia dentre outras, logo o entendimento e a aplicação dessas leis para gases ideais são suficientes para entender o comportamento dos gases reais.
8.Referências Bibliográficas
(1)http://www.ufjf.br/quimicaead/files/2013/05/Aula5_FQI.pdf. Acesso em 12 de setembro. 2018. 
(2)http://www.iqm.unicamp.br/departamentos/?p=127&c=129&id=73. Acesso em 10 de setembro. 2018. 
(3)http://redeglobo.globo.com/globociencia/noticia/2011/06/lei-de-boyle-mariotte-equacao-relaciona-pressao-e-volume-de-gases.html. Acesso em 12 de setembro. 2018.
(4)COSTA, DEYSE. Aula 2 QUI 150. 15 de agosto. 2018. Apresentação em Power-point. “Lei de Boyle-Mariotte: equação relaciona pressão e volume de gases”. http://zeus.qui.ufmg.br/~qgeral/downloads/aulas/aula%205%20-%20termoquimica.pdf http://www.soq.com.br/conteudos/em/termoquimica/ 
(5) LEVINE, Ira N.. Físico-Química. Rio de Janeiro: Ltc, 2012.