Mistura Gasosa, Difusao e Efusao

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MISTURAS GASOSAS 
 
Numa mistura de gases é fundamental que possamos determinar a contribuição que cada gás da 
mistura traz para a pressão total e para o volume total da mistura. 
 
Lei de Dalton ou Lei das Pressões Parciais 
Seja dada uma mistura gasosa ocupando o volume V à temperatura T, sob pressão p. 
 
 
 
 
Lei das Pressões Parciais de Dalton 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sendo que a pressão parcial de um determinado gás J presente em uma mistura pode ser 
determinada pela equação dos gases ideais, considerando-se apenas a quantidade do referido gás. 
 
V
TRn
p JJ
⋅⋅
= onde T e V são respectivamente, a temperatura e o volume da mistura 
Denomina-se pressão parcial de um componente qualquer da mistura a pressão pj que ele 
exerceria se estivesse sozinho no recipiente, ocupando o volume total da mistura na mesma 
temperatura. Segundo as observações de John Dalton, a pressão total é igual à soma das 
pressões parciais de cada gás, na mistura. Esta afirmativa é conhecida como a lei das pressões 
parciais de Dalton que pode ser expressa por: 
A pressão de uma mistura de gases é soma das pressões parciais dos componentes. 
Pressão parcial (pJ) é o produto da fração molar pela pressão total dos gases. 
TJJ Pxp .= 
 
Obs.: O conceito de pJ como a pressão que o gás J exerceria se ocupasse sozinho o volume total 
da mistura, é válido apenas para gases ideais. 
Volume – V 
Temperatura – T 
Volume – V 
Temperatura – T 
CO2 H2O CH4 H2O
CH4 CO2 CO2 H2O 
CO2 CH4 CH4 H2O CO2 Retirando H2O e CH4
CO2 CO2
CO2
CO2 CO2
A pressão que o CO2 exerce, na mesma temperatura da mistura e ocupando o 
mesmo volume da mistura, é a Pressão Parcial do CO2
ENGENHARIA QUÍMICA 
Físico-Química I 
Profa Adriana Fraiha Monteiro 
 
Para gases reais ocorrem interações entre as moléculas fazendo com que a pressão total seja 
ligeiramente diferente da soma das pressões parciais. 
 
Simbolicamente: PT = ΣΣΣΣ pj 
Assim: 
 
 
onde PT é a pressão total da mistura e pa, pb, pc... são as pressões parciais dos gases a, b e c, 
respectivamente. 
 
Volumes Parciais – Lei de Amagat 
Denomina-se volume parcial de um componente de uma mistura de gases o volume Vj que seria 
ocupado por este componente, isolado dos demais, a mesma temperatura T e sob a mesma 
pressão P da mistura (admitindo, por hipótese, que nestas condições o componente em questão 
ainda obedeça às leis dos gases). Esta afirmativa é conhecida como a lei de Amagat. 
 
 
 
 
 
O volume de uma mistura de gases é soma dos volumes parciais dos componentes. 
O volume parcial (VJ) é dado pelo produto de fração molar do gás pelo volume total da mistura. 
TJJ VxV .= 
 
Obs.: O conceito de VJ como o volume que o gás J ocuparia se estivesse sozinho exercendo a 
pressão da mistura, na temperatura da mistura é válido apenas para gases ideais. 
Simbolicamente: V = ΣΣΣΣ Vj 
Ou seja, VT=Va+Vb+Vc+... 
 
 
Frações Molares 
 
Fração Molar, xJ, é a quantidade em mols de um determinado gás J numa mistura de gases: 
 
CO2 H2O CH4 H2O
CH4 CO2 CO2 H2O 
CO2 CH4 CH4 H2O CO2 Retirando H2O e CH4
CO2 CO2
CO2
CO2 CO2
Pressão – P 
Temperatura – T 
Pressão – P 
Temperatura – T 
t
J
J
n
n
x = onde nt é o n
o total de mols da mistura 
 
0 ≤ xJ ≤ 1 
 
 
 
 
Exemplo: Considere uma mistura formada por 1,0 mol de N2 e 3,0 mols de H2. Portanto n total 
será 4mols. 
 
As frações molares de cada gás presentes na mistura serão: 
25,0
4
1
2 ==Nx 75,0
4
3
2 ==Hx 
 
Sendo que 1... =++ ba xx 
 
 
Exemplos: 
1- Um recipiente de volume de 10,0 L contém 1,00 mol de N2 e 3,00 mols de H2 a 298 K. Qual a 
pressão total, em atm, se cada componente se comporta como gás ideal? 
 
2- Calcule a pressão total ao injetar no recipiente do exemplo anterior, além do N2 e H2, 1,0 mol 
de N2 e 2,0 mols de O2 a 298 K. 
 
Difusão e Efusão Gasosa 
Efusão é a passagem de um gás para o vácuo (geralmente) ou para o lado de menor pressão através de 
um pequeno orifício. A efusão ocorre sempre que um gás está separado do vácuo por uma barreira 
porosa (barreira que contem orifícios microscópicos) ou uma única e muito pequena abertura. Um gás 
passa por efusão, para o lado de menor pressão devido ao grande número de colisões que ocorrem no 
lado de maior pressão. 
O químico escocês Thomas Graham estudou a velocidade de efusão de gases e descobriu que numa 
mesma temperatura, a velocidade de efusão do gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua 
massa molar, essa observação é conhecida como a lei de efusão de Graham. Para dois gases, A e B, 
temos: 
A
B
efus
efus
M
M
Bv
Av
= 
Isto significa que quanto maior a massa molecular de um gás, menor será sua velocidade de efusão e 
maior será o tempo necessário para sua efusão. 
Resumindo, temos as seguintes igualdades que relacionam a efusão de um gás: 
Somente moléculas 
de J estão presentes 
Não há moléculas de 
J presentes 
A
B
efus
efus
efus
efus
M
M
Bv
Av
Atempo
Btempo
== 
Experiências de efusão em diferentes temperaturas mostram que quanto maior a temperatura do gás, 
maior será sua velocidade de efusão. 
A difusão é uma dispersão gradual de uma substância em outra, como um gás em outro gás. A difusão 
explica a expansão de perfumes no ar. Graças à difusão, a composição atmosférica é aproximadamente 
constante, pois as altas concentrações de um gás tendem a se difundir e se dispersar. A explicação para a 
velocidade de fluxo de difusão é mais complexa do que na efusão, pois a difusão, além de ocorrer entre 
dois ou mais gases, envolve efeitos de colisão entre as moléculas gasosas. Porém, tanto a difusão quanto 
a efusão aumentam com o aumento da temperatura e diminuem com o aumento da massa molar. 
Exemplo: 
1- Em uma experiência para determinar a massa molar de um clorofluorcarboneto gasoso (CFC) 
recentemente sintetizado para uso em um sistema de refrigeração, a efusão de 25 mL do gás por uma 
barreira porosa leva 65 s. A efusão do mesmo volume de argônio ocorre em 38 s, sob as mesmas 
condições. Qual é a massa molar do CFC? Dada: MA (Ar)= 39,95u. Resp: 117 g.mol-1 
2- Certa quantia de átomos de hélio leva 10 s para efundir por uma barreira porosa. Quanto 
tempo leva a mesma quantidade de moléculas de metano sob as mesmas condições? Dadas as 
massas atômicas: C=12 u, H=1 u e He= 4 u. 
Exercícios (Mistura e Efusão Gasosa) 
 
1- Uma mistura gasosa consiste de 320 mg de metano, 175 mg de argônio e 225 mg de 
neônio. A pressão parcial do neônio a 300 K é 66,5 mmHg. Calcule: 
a) O volume da mistura 
b) As pressões parciais do argônio e do metano 
c) A pressão total da mistura. 
 
2- Um recipiente de 20,0 L contém oxigênio a uma pressão de 0,1 atm e na temperatura de 
27 oC. Outro recipiente também de 20,0 L contém nitrogênio sob pressão de 0,2 atm, na 
temperatura de 27 oC. Os dois recipientes são ligados mediante conexão de volume 
desprezível. Qual a pressão dos dois gases depois do processo espontâneo de mistura? 
Qual a pressão parcial de cada um deles? 
 
3- Dez gramas de hidrogênio e 96 gramas de oxigênio são recolhidos num balão de 41 L de 
capacidade, mantido a 47 oC. Calcule a pressão parcial de cada gás, a pressão total e a 
composição da mistura em % molar. 
 
4- A composição do ar em volume é 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio e 1% de argônio. 
Quais as pressões parciais dos gases, ao nível do mar? 
 
5- A velocidade de efusão de um gás desconhecido é 0,279 vez a velocidade de efusão do 
gás hidrogênio, através do mesmo orifício, ambos nas CNTP. Qual a massa molar do gás 
desconhecido? Dada: MA (H) = 1u. 
 
6- Uma cultura anaeróbica de bactérias, isolada de esgoto, liberou um gás inflamável 
durante o crescimento. Uma amostra deste gás levou 4,91 min para escoar por um 
orifício. Nas mesmas condições, um volume idêntico de nitrogênio levou 6,5 min para 
escoar pelo mesmo orifício. Determine a massa molar do gás inflamável. Dada: 
MA(N)=14u. 
 
7- Calcule o volume de gás carbônico, a 25 oC e 1,0 atm, necessáriopara que plantas 
produzam 1,0 g de glicose, C6H12O6, por fotossíntese, na reação: 
 6 CO2 (g) + 6 H2O (g) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 
 
8- Determinar a pressão num recipiente de 20,0 L mantido na temperatura de 127 oC e que 
contém 3,2 g de oxigênio; 2,8 g de nitrogênio e 0,2 g de hidrogênio. Estimar a pressão de 
cada componente gasoso. Dadas as massas atômicas: O=16, N=14 e H=1. 
 
9- A combustão realizada em altas temperaturas é um dos fatores da poluição do ar pelos 
óxidos de nitrogênio, causadores de afecções respiratórias. A análise de 0,5 mol de 
dióxido de nitrogênio apresentou 7,0 g de nitrogênio, e 16 g de oxigênio. Qual a 
composição percentual do dióxido de nitrogênio? 
 
10- Quando um balão está cheio de hélio, ele tende a subir porque a massa específica desse 
gás 0,1786 g.cm-3, nas CNTP, é menor que a massa específica aparente do ar 1,2864 
g.cm-3, nas CNTP, cuja massa molar é de aproximadamente 28,8 g.mol-1. Após 2 ou 3 
dias, o balão tende a murchar. Isso ocorre porque a velocidade de difusão do gás hélio 
através da parede porosa do balão é maior que a do ar atmosférico. Calcule o quanto a 
velocidade de efusão do gás hélio é maior que a do gás atmosférico. Dada: MA(He)=4 u 
 
11- O gás oxigênio atravessa uma parede porosa com velocidade igual a 23,4 L.h-1, em 
determinada P e T. Qual a velocidade com que o gás carbônico atravessa esta mesma 
parede nas mesmas condições de T e P. Dadas as massas atômicas: O=16 e C=12. 
 
12- Explique qual a diferença entre difusão e efusão e calcule entre o gás metano e o gás 
dióxido de enxofre, qual possui maior velocidade de efusão e o quanto essa velocidade é 
maior. Dadas as massas atômicas: C=12, H=1 O=16 e S=32. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMPOSIÇÕES EM PORCENTAGEM
� Porcentagem em Massa
� Porcentagem em Volume
� Porcentagem em Mols
Exemplo: Uma mistura gasosa é formada por 18g de hidrogênio, 22g de metano e 23g 
de gás carbônico. Determine as porcentagens em massa e em mols de cada gás na 
mistura
MISTURAS GASOSAS
CO2 H2O CH4 H2O
CH4 CO2 CO2 H2O 
CO2 CH4 CH4 H2O CO2 Retirando H2O e CH4
CO2 CO2
CO2
CO2 CO2
A pressão que o CO2 exerce, na mesma temperatura da mistura e ocupando o 
mesmo volume da mistura, é a Pressão Parcial do CO2
LEI DE DALTON OU LEI DAS PRESSÕES PARCIAIS
A pressão total de uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais de 
cada gás na mistura
No exemplo: 
∑= JT PP
PT= PCO2 + PH2O + PCH4
Para um determinado gás presente numa mistura gasosa, sua pressão parcial é 
determinada por:
Pj= xj . PT
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIFUSÃO E EFUSÃO GASOSA
Efusão é a passagem de um gás para o vácuo (geralmente) ou para o lado de menor 
pressão através de um pequeno orifício. Um gás passa por efusão, para o lado de menor 
pressão devido ao grande número de colisões que ocorrem no lado de maior pressão.
A difusão é uma dispersão gradual de uma substância em outra, como um gás em outro 
gás. Exemplo: expansão de perfumes no ar. 
Tanto a difusão quanto a efusão aumentam com o aumento da temperatura e 
diminuem com o aumento da massa molar.
DIFUSÃO E EFUSÃO GASOSA
Na efusão:
Velocidade de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada 
de sua Massa Molar
Velocidade de efusão de um gás aumenta com o aumento de temperatura
Quanto menor a Massa Molar do gás, menor será seu tempo de efusão
B
A
A
B
efus
efus
efus
efus
T
T
M
M
Bv
Av
Atempo
Btempo
===
LEI DE AMAGAT OU LEI DOS VOLUMES PARCIAIS
O Volume total de uma mistura gasosa é a soma dos volumes parciais de cada 
gás na mistura
No exemplo: 
∑= JT VV
VT= VCO2 + VH2O + VCH4
Para um determinado gás presente numa mistura gasosa, seu volume parcial é 
determinado por:
Vj= xj . VT