aula gases

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ROTEIRO PARA A AULA SOBRE GASES 
 
Por que devemos estudar os gases? 
 
 Para compreender fatos que ocorrem no nosso cotidiano, tais como: um balão subir, uma bexiga 
murchar com o tempo, a pressão interna de pneu aumentar em dias mais quentes, etc. entre 
outros fenômenos. 
 
 Para compreender aspectos básicos da estrutura da matéria 
 
 Experimentos realizados por thomson, onde o mesmo por meio das descargas elétricas em gases 
rarefeitos propôs a existência de cargas elétricas no átomo, onde os elétrons passaram a ser 
reconhecidos. 
 
Obs.: Ar rarefeito é um gás pouco denso presente na atmosfera em condições especiais. O ar rarefeito 
está em regiões de baixa pressão atmosférica e grandes altitudes. 
 
Exemplo do cotidiano: invenção da máquina a vapor, onde ocorre a transformação da energia térmica 
armazenada no vapor da água em energia mecânica 
 
 
 
 
ESCREVER: 
 
 
 
Exemplo: quando se coloca água para ferver, obtemos H2O no estado de vapor, corresponde 
àquela fumacinha que sai do bico da chaleira. Se quisermos transformar esse vapor em líquido 
novamente, teremos a condensação. 
 
 
 
 
 
 
Exemplo: o gás no botijão (gás GLP = gás liquefeito de petróleo) está no estado líquido em virtude 
da enorme pressão dentro do recipiente no qual está contido. 
 
 
ESTADO DE UM GÁS 
 
 
Todo gás exerce uma pressão, ocupando um certo volume à determinada temperatura. 
A expressão estado de um gás designa a situação em que esse gás se encontra, ou seja, como ele “está”. 
Especificar o estado de um gás significa dizer qual é o valor: 
 
de sua pressão (P); 
de sua temperatura (T); 
de seu volume (V). 
 
 
 
 
UNIDADES DAS VARIÁVEIS DE ESTADO 
 
Pressão 
 
Denominamos de pressão de um gás a colisão de suas moléculas com as paredes do recipiente em que 
ele se encontra. Ao nível do mar, a pressão atmosférica média é de 760 mmHg que equivale a 1 atm. Em 
homenagem a Torricelli, o mmHg é também simbolizado por torr. 
 
 
 
No sistema internacional de unidade (SI) a pressão é medida em pascal (Pa). 
 
 
 
 
Volume 
 
É o espaço ocupado pelo gás. No sistema internacional a unidade do volume é o metro cúbico (m3). 
 
 
Temperatura 
 
A temperatura dos gases pode ser medida em várias escalas termométricas diferentes. Nos trabalhos 
científicos a unidade usada é a escala absoluta ou Kelvin (K). No Brasil é comum usarmos a escala 
Celsius (°C). Verifica-se a seguinte relação entre as escalas Kelvin e Celsius. 
A temperatura na escala termodinâmica (em kelvins, K) é igual ao valor da temperatura em graus 
Celsius (°C) acrescida de 273: 
 
 
 
TRANSFORMAÇÕES GASOSAS COM MASSA DE GÁS FIXA 
 
Algumas transformações gasosas possuem denominações especiais. 
 
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA 
 
 É quando na transformação o gás mantém constante a temperatura e muda os valores da pressão e do 
volume. 
Mantendo-se a temperatura constante, a pressão e o volume de uma amostra de gás variam de 
modo inversamente proporcional, fato conhecido como Lei de Boyle. 
 
 
 
 
TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA 
 
É quando na transformação o gás mantém constante a pressão e modifica os valores do volume e da 
temperatura. 
Assim, surgiu uma lei que explica as transformações isobáricas dos gases, que ficou conhecida como 
Lei de Charles/Gay-Lussac. Ela é enunciada da seguinte maneira: 
 
“Num sistema com pressão constante, o volume de determinada massa fixa de um gás é diretamente 
proporcional à temperatura.” 
 
 
Vinicial = Vfinal 
Tinicial Tfinal 
 
TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA ou ISOVOLUMÉTRICA 
 
É quando o gás, na transformação, mantém constante o volume e altera os valores da temperatura e da 
pressão. 
 
Lei de Charles e Gay-Lussac para transformações isocóricas: Num sistema fechado em que o volume é 
mantido constante, verifica-se que a pressão exercida por determinada massa de gás é diretamente 
proporcional à sua temperatura termodinâmica. 
 
 
Pinicial = Pfinal 
Tinicial Tfinal 
 
EQUAÇÃO GERAL DOS GASES 
 
 
Muitas vezes a transformação de estado de um gás ocorre simultaneamente com a variação de pressão, 
volume e temperatura. A Lei de Boyle e as Leis de Charles e Gay-Lussac podem ser reunidas em uma 
única expressão, conhecida como equação geral dos gases: 
 
 
 
Observação: Quando uma das três variáveis de estado — P, V ou T — permanece constante, essa 
equação se reduz a uma das três expressões estuda das anteriormente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
VOLUME MOLAR DOS GASES 
 
Assim como usamos os termos massa molar para designar a massa de 1 mol, vamos utilizar a expressão 
volume molar para nos referir ao volume ocupado por 1 mol de uma determinada substância. 
 
CNTP, TPN ou CN são siglas utilizadas para designar as condições normais de temperatura e pressão, 
0 °C (273 K) e 1 atm (760 mmHg). 
 
Dizemos que um gás se encontra nas CNTP quando: 
 
 
 
Quando 1 mol de um gás se encontra nas CNTP, ele ocupa um volume de 22,4 L. Isso independe do gás 
(desprezando os desvios da idealidade). Notamos também que líquidos e sólidos não apresentam a 
mesma regularidade. 
 
 
O PRINCÍPIO DE AVOGADRO 
 
O italiano Amedeo Avogadro estudou Direito e praticou a profissão por alguns anos. Em 1800, 
abandonou a advocacia e passou a se dedicar à Ciência. Em 1811, ele sugeriu pela primeira vez a 
hipótese que leva o seu nome, o Hipótese de Avogadro, também chamada Princípio de Avogadro: 
 
“Volumes iguais de dois gases quaisquer, nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm 
igual número de moléculas” 
 
 
 
 
LEI DO GÁS IDEAL 
 
Para uma certa massa de gás vale a seguinte relação: 
 
 
Quanto vale essa constante? A resposta não depende do gás, mas da sua quantidade em mols. Com o 
volume molar nas CNTP, que foi medido experimentalmente, podemos calcular esse valor para 1 mol: 
 
 
Esse valor é constante desde que a quantidade de gás também o seja. Portanto, essa relação será válida 
para quaisquer condições de temperatura e pressão em que 1 mol de gás se encontre. E para 2 mol de 
gás? Nesse caso, podemos repetir o que acabamos de fazer, porém o volume utilizado no cálculo será 
duas vezes 22,4 L: 
 
 
 
Dessa última expressão surge a equação de estado dos gases perfeitos, ou simplesmente Lei do Gás 
Ideal: 
 
 
 
 
O valor numérico de R depende do conjunto de unidades utilizadas. Veja alguns exemplos de valores de 
R acompanhados das unidades: 
 
 
 
MISTURAS GASOSAS E DENSIDADE DE GASES 
 
MISTURAS GASOSAS 
 
Pressão parcial 
 
Quando um gás sozinho ocupa o volume da mistura, na temperatura da mistura, exerce uma pressão 
menor que a pressão total da mistura. Esta pressão é chamada de pressão parcial deste gás. 
 
 
 
Este raciocínio é usado para os demais gases da mistura. Podemos aplicar nestes casos as expressões. 
 
 
 
Verifica-se que a soma das pressões parciais de todos os componentes de uma mistura gasosa é igual à 
pressão total da mistura e, está verificação corresponde à LEI DE DALTON. 
 
 
 
Podemos relacionar a pressão total e parcial com a fração molar do gás na mistura: 
 
 
 
Volume Parcial de um Gás 
 
É o volume que um dos componentes da mistura gasosa deve ocupar, na temperatura da mistura, para 
exercer a pressão da mistura gasosa. Verifica-se que a soma dos volumes parciais de todos os 
componentes da mistura gasosa é igual à mistura total, e este fato é a LEI DE AMAGAT. São válidas as 
relações abaixo: 
 
 
 
Fração em Mols e Porcentagem em Volume 
 
Para um componente A qualquer de uma mistura gasosa, temos as seguintes expressões envolvendo a 
fração em mols, que podem ser reunidas: 
 
 
 
A fração em mols de um componente em uma mistura gasosa, quando expressa em porcentual, indica a 
porcentagem em volume desse componente na mistura. 
 
Densidade Absoluta de um Gás 
 
Conhecendo o volume molar dos gases nas condições em que uma certa substância gasosa se encontra,podemos calcular sua densidade fazendo uso da definição. 
 
 
 
Particularmente, se estivermos trabalhando nas CNTP, sabemos que 1 mol ocupa o volume de 22,4 L e, 
dessa maneira, basta dividir a massa molar do gás (M) pelo volume molar nas CNTP (22,4 L). Outro 
modo de calcular densidades absolutas é por meio de uma expressão mais genérica que relaciona 
densidade com pressão, com massa molar e com temperatura. 
 
 
 
Com auxílio dessa equação, podemos explicar por que um balão de ar quente sobe. Quando aumentamos 
a temperatura no interior do balão, a densidade do ar nele contido diminui. Assim, podemos dizer que o 
balão sobe porque sua densidade é menor que a do ar exterior. 
 
 
 
Para um gás ideal a pressão constante, a densidade é inversamente proporcional à temperatura na escala 
kelvin. 
 
Densidade Relativa de Gases 
 
Neste contexto, a palavra relativa está sendo usada como sinônimo de em relação a ou de comparando 
com. Assim, entendesse por densidade de um gás A em relação a um gás B o quociente entre as 
densidades de A e B, ambas nas mesmas condições de temperatura e pressão. Esse quociente pode ser 
simbolizado por dA,B: 
 
 
 
Um caso de particular interesse é o da densidade de um gás em relação ao ar: 
 
 
 
O valor 28,9 g/mol é chamado de massa molar média do ar. É calculado por meio de uma média 
ponderada, a partir da composição do ar seco e isento de poluentes. 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIO 
 
1. (Unicamp-SP). Uma garrafa de 1,5 litro, inicialmente aberta, indeformável e seca foi fechada com 
uma tampa plástica. A pressão ambiente era de 1,0 atmosfera e a temperatura, de 27 °C. em seguida essa 
garrafa foi colocada ao sol e após certo tempo a temperatura em seu interior subiu para 57°C e a tampa 
foi arremessada pelo efeito dá pressão interna. 
a) Qual era a pressão no interior da garrafa no instante imediatamente anterior à expulsão da tampa 
plástica? 
b) Qual é a pressão no interior da garrafa após a saída da tampa? 
RESPOSTA 
A - Isovolumétrica, temos volume constante, mudando apenas a pressão e a temperatura. 
 
K = 27 + 273 = 300K 
K = 57 + 273 = 330K 
 
B - P₀ = P₁ 
 ---- --- 
 T₀ T₁ 
 
1 P₁ 
-- = ------- 
300 330 
 
P₁ = 1,1 atm 
 
2. Um volume de 10 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2 atm e sua 
temperatura aumentada de -73 °C para +127 °C. O volume final, em litros, alcançado pelo gás foi de: 
 
a) 50 
b) 40 
c) 30 
d) 10 
e) 20 
 
RESPOSTA 
Alternativa “d”. 
T (K) = T (ºC) + 273 T (K) = T (ºC) + 273 
T (K) = -73 + 273 T (K) = 127 + 273 
T (K) = 200 K T (K) = 400 K 
P1V1 = P2V2 
 T1 T2 
1 . 10 = 2. V2 
 200 400 
400V2 = 4 000 
V2 = 10 L 
3. Determine o número de mols de um gás que ocupa volume de 90 litros. Este gás está a uma pressão 
de 2 atm e a uma temperatura de 100K. (Dado: R = 0,082 atm.L/mol.K) 
RESPOSTA 
Substituindo os valores dados na equação... 
pV = nRT 
2. 90 = n. 0,082. 100 
180 = n. 8,2 
n = 180 / 8,2 
n = 21,95 mols