Mistura de gases

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Ciências da Natureza e suas 
Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2ª Série
Mistura de gases
Experimento: Bolhas de Sabão
Materiais
detergente;
água;
canudo ou arco para fazer as bolhas;
glicerina (vendida em farmácias).
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Misturas Gasosas
Imagens: (a)Autor desconhecido/Disponibilizado por Xanthine Complex/Domínio Público; (b) Martin Meise/GNU Free Documentation License; (c) : Kristian Ovaska/Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica.
Experimento: Bolhas de Sabão
Procedimento:
misture bem a água com o detergente e a glicerina;
num local com pouca ventilação, faça a maior bolha de sabão que puder.
A bolha formada contém gás carbônico (CO2), cuja massa molar é 44 g/mol.
Como a massa molar aparente do ar atmosférico é de 28,96 g/mol, a bolha desce ao invés de subir.
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Imagem : Andreas Hendrik/Public Domain.
Misturas Gasosas
Nos cilindros de ar que os mergulhadores carregam, o gás oxigênio (O2) é misturado com gás hélio (He).
O ar atmosférico é uma mistura dos gases nitrogênio, N2 (78%), oxigênio, O2 (21%), e outros gases (1%), com predominância do argônio, Ar.
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Imagem : Peter Southwood/ Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported.	
Imagem : Omniii/GNU Free Documentation License.	
Uma Mistura Gasosa
Gás A
Gás B
Gás C
submetidos a uma pressão, 
pA
pB
nC
ocupando um volume,
VA
VB
VC
contendo um número de mols
(quantidade de matéria),
nA
nB
numa temperatura,
TA
TB
TC
Após serem misturados,
num recipiente de volume V
... e atingirem o equilíbrio térmico numa temperatura T,
pC
Os cilindros
Contendo...
Gás A
Gás B
Gás C
possuem pressão final Pt, dada por
Pt = pA + pB + pC
com quantidade de matéria
nt = nA + nB + nC,
V
T
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Fique Atento!
Como os gases ideais não reagem entre si, a mistura irá se comportar como um gás único e obedecerá às mesmas leis que os gases isolados;
para uma mistura gasosa do tipo
A + B + C;
poderemos aplicar a equação dos gases ideais:
Pt.V = nt.R.T
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Fração Molar de um Gás A (xA)
é a relação entre a quantidade de matéria de um gás A (nA), por exemplo, e a quantidade de matéria total da mistura gasosa (nt):
 FIQUE ATENTO!!
a soma das frações molares numa mistura deve ser sempre igual a 1: 
xA + xB + xC = 1
atualmente, utilizamos o termo fração em quantidade de matéria em vez de fração molar.
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Pressão Parcial
é a pressão que um gás exerceria se estivesse sozinho, ocupando o volume total da mistura e na mesma temperatura em que essa mistura se encontra;
lei das pressões parciais de Dalton: “a pressão total de uma mistura é a soma das pressões parciais dos gases”:
Pt = pA + pB + pC
enunciando a Lei de Dalton de outra forma, podemos afirmar que “a pressão parcial de cada componente de uma mistura gasosa é proporcional à quantidade de matéria desse componente na mistura”:
pA = xA.Pt
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após a mistura dos gases e utilizando a equação dos gases ideais, temos
para um gás A: pA.V = nA.R.T
para a mistura: Pt.V = nt.R.T
dividindo as equações (Gás A/Mistura), temos:
Lei de Dalton, matematicamente
obtemos
A pressão parcial do gás A é proporcional à quantidade de matéria.
multiplicando meios pelos extremos
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John Dalton
começou a ensinar aos 12 anos numa escola da seita Quaker;
em 1773, começou a lecionar Ciências em Manchester, num colégio presbiteriano;
estudando as condições climáticas, coletou cerca de 200 mil observações do tempo ao longo de sua vida;
concluiu que o magnetismo da Terra influenciava a formação das auroras boreais;
em 1794, Dalton descreveu cientificamente sua dificuldade para distinguir as cores – hoje chamada de daltonismo em sua homenagem;
elaborou a lei das pressões parciais estudando a atmosfera;
foi o primeiro a expressar claramente a chamada Lei das proporções definidas;
elaborou a Teoria Atômica em 1804;
recebeu o título de Doutor em 1832;
foi professor particular e de escolas por toda sua vida.
Nasceu em Eaglesfield (1766) e faleceu em 
Manchester (1844).
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Imagem : Charles Turner/United States Public Domain
Pressões Parciais no Mergulho
As pressões parciais dos gases oxigênio e nitrogênio devem ser controladas durante o mergulho.
O sangue apresenta os gases oxigênio e nitrogênio dissolvidos, provenientes da respiração, principalmente.
Uma pressão parcial do nitrogênio elevada provoca sintomas semelhantes a uma embriaguez, fazendo o mergulhador perder a noção da realidade.
Uma pressão parcial do oxigênio acima de 1,6 atm acelera o metabolismo a níveis perigosos. Por isso, utiliza-se uma mistura de oxigênio com gás hélio nos cilindros.
Para saber mais sobre os efeitos da pressão durante o mergulho: http://www.biofisica.xpg.com.br/Capitulo%201/efeitos%20da%20pressao%20durante%20o%20mergulho.htm acesso em 02/07/2012.
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Imagem : Ackbahr/GNU Free Documentation License
Pressões Parciais e a calibragem dos Pneus
Calibrar os pneus é importante para a segurança do automóvel e deve ser feito no horário da manhã! 
Lembremos que o ar inserido nos pneus também é uma mistura gasosa.
Supondo que os pneus do automóvel da figura sejam calibrados com uma pressão de 3,0 atm, em Recife (cuja pressão atmosférica é 1,0 atm) e que o ar seja formado por 79% de nitrogênio (N2) e 21% de oxigênio (O2), as pressões parciais dos gases serão:
Gás nitrogênio (A): 79% . 3,0 atm = 2,19 atm
Gás oxigênio (B): 21% . 3,0 atm = 0,63 atm
 
Observe que, somando-se as pressões parciais dos gases, obtemos a pressão total no interior dos pneus:
2,19 atm + 0,63 atm = 3,0 atm
Confirmando-se, assim, a Lei de Dalton das pressões parciais: 
Pt = pA + pB
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Imagem : A.Viazemsky/Public Domain
Seleção Brasileira e as Pressões Parciais
Quando a Seleção Brasileira vai jogar em La Paz (Bolívia), cerca de 3.700 m acima do nível do mar, os jogadores sentem muito o efeito da altitude. 
Quanto maior a altitude, menor será a pressão atmosférica. 
Ao nível do mar (como em Recife), a pressão parcial do gás oxigênio dissolvido no sangue é de 0,20 atm. Em La Paz, essa pressão parcial cai para 0,12 atm. 
O corpo demora um tempo para se adaptar a essa nova pressão.
Estádio de futebol em La Paz, Bolívia
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Imagem : Henrry104 1/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Volume Parcial
numa mistura gasosa, volume parcial de um gás é o volume ocupado por ele estando sozinho e submetido à pressão total e à temperatura da mistura;
lei de Amagat: O volume total de uma mistura gasosa é a soma dos volumes parciais de todos os gases componentes da mistura.
V = VA + VB + VC
Obs.:
Emile Hilaire Amagat (1841 – 1915) , um físico francês:
inventou o manômetro hidráulico, que foi capaz de suportar até 3.200 atmosferas;
em 1880 ele publicou sua Lei de Volumes Parciais;
foi eleito membro da Academia Francesa de Ciências em 09 de junho de 1902;
Amagat é o nome da unidade de densidade numérica em sua homenagem.
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Poluição do Ar
a Região Metropolitana do Recife atingiu a marca de 1 milhão de veículos em setembro de 2011. No início do mês, a frota de Pernambuco já tinha chegado a 2 milhões. Atualmente, o Estado tem emplacado entre 1.000 e 1.300 veículos por dia;
uma das principais preocupações dos ambientalistas é a quantidade de gases poluentes emitida diariamente para a atmosfera;
como o volume de ar na atmosfera é muito grande, costumam-se expressar asquantidades dos poluentes em ppm (partes por milhão) e ppb (partes por bilhão). 
Concentrações de monóxido de carbono (CO) acima de 400 ppm no ar (400 partes de CO em 1 milhão de partes de ar, em L, por exemplo) são potencialmente mortais.
Isso significa que, num ambiente de 1.000L, 400 mL de CO serão suficientes para causar a morte.
FONTE: Adaptado de http://jconlineblogs.ne10.uol.com.br/deolhonotransito/2011/09/20/frota-da-regiao-metropolitana-do-recife-chega-a-1-milhao-de-veiculos/ acesso em 05/07/2012.
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Imagem: EPA / Public Domain.
Massa Molar Aparente de uma Mistura Gasosa
Sabemos que a massa total de uma mistura gasosa (mt) é igual à soma das massas de cada gás: mt = mA + mB + mC;
e a quantidade de matéria total na mistura (nt) é a soma das quantidades de matéria de cada gás: nt = nA + nB + nC ;
sendo
para uma mistura, temos
Map = Massa aparente da mistura (em g/mol)
temos que
para um único gás
alternando as variáveis
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Fique Atento!
Podemos calcular a massa molar aparente (Map.) da mistura como a média ponderada das massas molares dos gases que compõem a mistura;
os “pesos” serão as frações molares dos gases (ou seus percentuais em volume);
ou ainda:
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Qual a massa molar aparente do ar atmosférico?
Como vimos anteriormente, o ar atmosférico é composto por uma mistura de 78% de gás nitrogênio (N2), 21% de gás oxigênio (O2) e 1% de gás argônio (Ar);
temos, então:
M(N2) = 28 g/mol
M(O2) = 32 g/mol
M(Ar) = 40 g/mol
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Os antigos dirigíveis eram inflados com gás hidrogênio (H2), um gás muito inflamável. Atualmente usa-se o gás hélio (He). 
O princípio básico para fazer um dirigível voar é baseado no fato de o hidrogênio, 2g/mol (ou hélio, 4g/mol), ser mais leve que o ar.
Última torre do Zeppelin do mundo, localizada em Recife.
Os balões sobem porque a densidade do ar quente em seu interior é menor que a do ar atmosférico.
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Imagem : (A) NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC)/Public Domain; (B) Lsouza7 / Public Domain; (C) Björn Appel/GNU Free Documentation License; (D)Jdlong0624/ Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported.
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Densidade gasosa
é a relação entre a massa molar aparente (Map.) e o volume molar (Vm) da mistura gasosa:
para condições diferentes das CNTP, deveremos 
 utilizar a equação de Clapeyron:
A unidade da densidade (d) é g/L.
A unidade do volume molar é L/mol.
Volume de 1 mol da mistura medido nas CNTP.
CNTP são as condições normais de temperatura e pressão (0°C e 1 atm).
Para um único gás:
Benoit Paul Émile Clapeyron (1799 — 1864) foi um engenheiro e físico francês.
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Imagem : AAAAA/Public Domain
Densidade da Mistura Gasosa
Para uma mistura gasosa, devemos escrever:
que poderá ser reescrito como
alternando-se as variáveis
que é a densidade (d)
ficando, então
isolando d, obtemos:
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Densidade Relativa
Considerando condições idênticas de temperatura e pressão, podemos dizer que a densidade relativa do gás A em relação ao gás B é o quociente entre as densidades absolutas de A e de B:
obtemos
Mas...
Quanto maior a massa molar, maior será a densidade.
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Fique Ligado!
A densidade relativa (DA,B) não possui unidade;
a densidade relativa indica quantas vezes um gás é mais (ou menos) denso que outro gás;
as densidades dos gases são proporcionais às suas massas molares;
assim, reforçando: quanto maior a massa molar, mais denso será o gás.
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Efusão e Difusão
Sentimos o cheiro de um perfume porque algumas moléculas passam para o estado gasoso, difundindo-se pelo ar.
É a difusão do gás!
Embora o balão esteja bem amarrado, o gás acaba escapando pelos minúsculos orifícios existentes na borracha.
É a efusão do gás!
Por que os balões de aniversário ficam murchos no dia seguinte?
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Imagem : shakko/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Imagem : Esther Simin/GNU Free Documentation License
Difusão Gasosa
Os gases se movimentam continuamente e com altas velocidades;
assim, os gases se misturam rapidamente, originando SEMPRE uma mistura homogênea;
difusão gasosa é o movimento espontâneo da dispersão de um gás sobre outro numa mistura gasosa;
em outras palavras, é a mistura espontânea dos gases entre si.
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Fique Ligado!
Efusão gasosa ocorre quando um gás escapa através de um orifício;
percebemos a efusão gasosa quando balões de aniversário murcham no dia seguinte;
Lei de Graham das efusões gasosas:
como velocidade de efusão de um gás e sua massa molar são inversamente proporcionais, concluímos que quanto maior for a massa molar, mais devagar o gás deverá escapar, demorando a difundir-se.
A velocidade de efusão é dada em L/min geralmente!
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Thomas Graham
nasceu em Glasgow (Escócia), em 1805, e faleceu em Londres (Inglaterra), em 1869;
estudou nas universidades de Edimburgo (Escócia) e de Glasgow. Ensinou Química em Glasgow e no University College London;
desde 1855 até sua morte, foi diretor da Real Fábrica de Moeda;
descobriu o método da diálise para separar os coloides das soluções.
A hemodiálise é uma diálise que ocorre no sangue, utilizando-se uma membrana semipermeável artificial (filtro) no tratamento de pacientes com deficiências renais.
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Aplicação no vestibular 1
(UFSE) Dentre os gases abaixo, nas mesmas condições, o que se difunde mais rapidamente é:
o monóxido de carbono.
a amônia.
o ozônio.
o nitrogênio.
o hidrogênio.
Dados: H = 1; C = 12; = 14; O = 16
Pela Lei de Graham, o gás que mais rapidamente irá se difundir será o que possuir menor massa molar!
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Cálculo das massas molares:
Monóxido de carbono (CO):
M(CO) = 1 .12 + 1. 16 = 28 g/mol
Amônia (NH3):
M(NH3) = 1 . 14 + 3 . 1 = 17 g/mol
Ozônio (O3):
M(O3) = 3 . 16 = 48 g/mol
Nitrogênio (N2):
M(N2) = 2 . 14 = 28 g/mol
Hidrogênio (H2):
M(H2) = 2 . 1 = 2 g/mol
Como o gás hidrogênio possui a menor massa molar, concluímos que este irá se difundir mais rapidamente.
A alternativa correta é LETRA E!
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Aplicação no vestibular 2
(Covest) O ar é uma solução gasosa contendo 20%, aproximadamente, de oxigênio. Em um recipiente com 5 atmosferas de ar, qual a pressão parcial do oxigênio?
0,2
0,8
1
2
5
De acordo com a Lei de Dalton, temos:
20% representa a fração molar do gás oxigênio: 
x = 20% = 0,20
5 atm é a pressão da mistura (pressão total):
 Pt = 5 atm
a pressão parcial do oxigênio será: 
p = 0,20 . 5 = 1 atm
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Curiosidade
Seria possível alguém se amarrar em balões cheios com hélio e voar?
O sacerdote brasileiro Adelir de Carli era conhecido por voar amarrado a balões de gás hélio e planejava bater o recorde de permanência no ar, mas saiu de sua rota por causa de condições climáticas adversas e acabou desaparecendo, sendo encontrado morto após mais de 2 meses de buscas.
Leia mais em
http://pt.wikipedia.org/wiki/Adelir_Ant%C3%B4nio_de_Carli, acesso em 05/07/2012.
http://www.iparaiba.com.br/noticias,123764,1,buscas+por+padre+que+sumiu+com+baloes+sao+encerradas.html, acesso em 03/07/2012.
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