Estudante: _____________________________________________ Nº.: _______

Turma: __________

ESTUDO DOS GASES Variáveis de estado de um gás: Pressão

Prof.: Abel Coelho

Curso: ______________________________

Lei de Boyle: "Para uma massa fixa de gás, mantida à temperatura constante, o volume ocupado pelo gás é inversamente proporcional à pressão exercida." GRÁFICO:

Relação entre as unidades de pressão:

FÓRMULA:

P

1 atm = 76 cmHg; 1 atm = 760 mmHg; 1 atm = 760 torr; e, 1 atm = 101.325 Pa (ou, 1atm  100 kPa).

P1·V1 = P2·V2

V

Volume Relação entre as unidades de volume: 1 L = 1000 mL; 1 L = 1000 cm3; 1 L = 1 dm3; e, 1 m3 = 1000 L. Temperatura Escala Celsius  T(°C) Escala Kelvin  T(K) [escala absoluta] Conversão:

T(K) = T(°C) + 273

Teoria Cinética dos Gases: "A energia cinética média das moléculas de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás."

Transformação isobárica Ocorre à pressão constante, com o volume e a temperatura variando de forma diretamente proporcional. Lei de Charles/Gay-Lussac: "Para uma massa fixa de gás, mantida à pressão constante, o volume ocupado pelo gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta." GRÁFICO:

FÓRMULA:

V

V1 V2 = T1 T2 T

Ecin. = k T TRANSFORMAÇÕES GASOSAS Transformação isotérmica Ocorre à temperatura constante, com o volume e a pressão variando de forma inversamente proporcional.

Transformação isocórica ou isovolumétrica Ocorre a volume constante, com a pressão e a temperatura variando de forma diretamente proporcional.

Lei de Gay-Lussac: "Para uma massa fixa de gás, mantida a volume constante, a pressão exercida pelo gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta."

VOLUME MOLAR DE UM GÁS

GRÁFICO:

Casos mais importantes:

FÓRMULA:

P

P1 P2 = T1 T2

É o volume ocupado por um mol de qualquer gás em certas condições de pressão e temperatura.

 Em CNTP (Condições Normais de temperatura e pressão), que são condições estabelecidas pelo sistema internacional, temos: T = 273 K e p ≈ 1 atm

T Então, nestas condições, V  22,4 L/mol. EXERCÍCIOS: 01. Certa massa fixa de gás hidrogênio (H2) ocupa um volume de 0,76 L sob pressão de 125 mmHg, numa dada temperatura. Qual o volume ocupado pela mesma massa de H2, na mesma temperatura, sob a pressão de 0,1 atm? 02. Um balão meteorológico apresenta volume de 2,0 L a 27 °C. Qual será seu volume em um local onde a temperatura é de 33 °C, na mesma pressão? 03. A pressão total no interior do pneu era de 2,30 atm quando a temperatura do pneu era de 27 °C. Depois de ter rodado um certo tempo com este pneu, mediu-se novamente sua pressão e verificou-se que esta era agora de 2,53 atm. Supondo a variação do volume do pneu desprezível, de quanto será a nova temperatura?

EQUAÇÃO GERAL DOS GASES Considerando que pressão, volume e temperatura estejam variando, para uma massa fixa de gás, temos:

p1  V1 p 2  V2  T1 T2

 Em CATP (Condições ambientes de Temperatura e Pressão): T = 298 K e p = 1 atm Considera-se V  24,4 L/mol. EQUAÇÃO DE ESTADO DOS GASES IDEAIS

pV = nRT Também conhecida Clapeyron, onde:

como

Equação

de

- se a pressão estiver em atm: R = 0,082 atm·L/mol·K - se a pressão estiver em kPa: R = 8,31 kPa·L/mol·K - se a pressão estiver em mmHg: R = 62,3 mmHg·L/mol·K EXERCÍCIOS 04. Usando a equação de Clapeyron e a hipótese de Avogadro, calcular o volume ocupado por um mol de qualquer gás em CNTP.

05. Uma certa massa de gás estava contida num recipiente de 20 L, à temperatura de 27 °C e pressão de 4 atm. Ela foi transferida para um reservatório de 60 L, à pressão de 4 atm. Calcule a temperatura do gás no reservatório.

.

HIPÓTESE DE AVOGADRO "Volumes iguais de quaisquer gases, nas mesmas condições de temperatura e de pressão, contêm o mesmo n° de moléculas."

06. Um balão A contém 8,8 g de CO2 e um balão B contém N2. Sabendo que os dois balões têm igual capacidade e apresentam as mesmas pressão e temperatura, Calcule a massa de N2 no balão B. (Dados: C = 12; N = 14; O = 16.)

MISTURAS GASOSAS LEI DE DALTON DAS PRESSÕES PARCIAIS

A pressão total de uma mistura ou sistema gasoso corresponde à soma das pressões exercida por cada um dos componentes dessa mistura. Ou seja, PT = PA + PB + … E a pressão parcial (Pa) é dada por: PA =XA · PT Vale lembrar que: XA = nA / nT

e

nA = mA / MMA

Na prática, pode-se dizer que quanto menor a massa molar de um gás, maior a sua efusividade e sua difusividade. EXERCÍCIO 07. Um balão contém 32 g de He e 128 g de SO2. Calcule: a) as frações molares de cada gás. b) as pressões parciais de cada gás quando a pressão total for igual a 1000 mm Hg. (Massas Molares: He = 4 g/mol; SO2 = 64 g/mol.) 08. Para a realização de um experimento, será necessário encher de gás um balão de 16,4L que a 127°C suporta a pressão máxima de 2,0atm. Nestas condições, a massa de gás metano mais adequada para encher o balão é:

DENSIDADE RELATIVA DOS GASES A densidade relativa entre dois gases é dada pela simples relação entre as suas massas molares, considerando que ambos estejam nas mesmas condições de pressão e temperatura.

EXERCÍCIOS PROPOSTOS Com base no texto e no que você aprendeu no Estudo dos Gases faça as questões de 01 a 05. BALÕES (Texto do livro: Química, vol. 1, Usberco e Salvador, Ed. Saraiva)

dA dB

=

MMA MMB

DIFUSÃO E EFUSÃO DE GASES Difusão é a propriedade de duas ou mais substâncias misturarem-se espontaneamente de forma homogênea. Efusão é a passagem de um gás através de pequenos orifícios. LEI DE GRAHAM: A velocidade de difusão e de efusão de um gás é inversamente proporcional a raiz quadrada de sua densidade. Aplicando esta lei para dois gases (A e B) nas mesmas condições de pressão e temperatura, temos: ½ vA vB

=

MMB MMA

A lei dos gases, enunciada por Boyle em 1962, permitiria, algum tempo depois, os vôos de balões. O primeiro balão destinado ao vôo foi montado em 1782 pelos irmãos Montgolfier. Para encher esse balão eles acenderam uma fogueira sob esta abertura, chamada boca. Dessa forma, conseguiram encher o balão com ar quente. Esse ar quente e menos denso permitiu que o balão subisse lentamente, deslocando-se no ar externo mais frio e denso. Nesse mesmo ano, Jacques Charles usou hidrogênio em vez de ar quente para encher o balão que projetara. O hidrogênio utilizado por Charles foi obtido por meio da reação de 500 kg (meia tonelada) de ferro com ácido clorídrico segundo a reação: Fe(s) + 2 HCl(aq)  FeCl2 (s) + H2 (g) Nas mesmas T e P, o gás hidrogênio é aproximadamente 14 vezes menos denso que o ar. Sendo que o perigo de utilizar hidrogênio é que ele é um gás altamente explosivo. Em 1782, um de seus balões voou uma distância de 25 km entre Paris e uma pequena cidade dos arredores. Algum tempo depois, em 1804, Joseph Gay-Lussac conseguiu alcançar uma altitude de 7 km. Ele colheu amostras do ar naquela altitude para estudo em terra.

Esses primeiros balões inspiraram não só a construção de grandes dirigíveis no final do século XIX como permitiram o desenvolvimento de outros balões, os quais são usados hoje no estudo do clima e da atmosfera (balões meteorológicos).

05. Para a realização de um experimento, será necessário encher de gás um balão de 16,4L que a 127°C suporta a pressão máxima de 2,0 atm. Nestas condições, a quantidade mais adequada para encher o balão é: (Dados: H=1, C=12, 0=16 e S=32.)

01. Relacionando o comportamento físico dos gases com fatos do nosso cotidiano, é FALSO que:

a) 78g de acetileno (C2H2). b) 10g de hidrogênio. c) 24g de metano (CH4). d) 45g de etano (C2H6). e) 64g de dióxido de enxofre (SO2).

a) Um balão estoura mais fácil em dia quente porque o aumento da temperatura provoca um aumento na pressão do ar contido no seu interior. b) O ar quando aquecido se torna menos denso do que quando está frio. c) Os balões são mantidos no alto graças ao hidrogênio que queima no seu interior. d) A fumaça sobe porque é menos densa que o ar atmosférico, graças a sua alta temperatura. e) O pneu de um carro deve ser calibrado frio porque depois de aquecido pelo atrito com o asfalto terá sua pressão alterada. 02. Se, na experiência de Charles, fossem produzidos 8,93 mols de H2 e se esse gás fosse recolhido num recipiente de 89,3 L a 27 °C, qual seria a pressão, em atm, exercida pelo H2? a) 24,6 b) 2,46 c) 1,23 d) 0,22 e) 1,00

06. O hidrogênio pode ser usado como combustível para automóveis, sendo este produzido dentro do próprio veículo em um processo conhecido como eletrólise. O carro seria abastecido apenas com água. Numa experiência de eletrólise da água formam-se 3,00 g de H2(g). Calcule o volume ocupado por esta massa de hidrogênio suposta isenta de umidade, na temperatura de 300 K e sob a pressão de 0,90 atm. Dados: Massa molar do H2 = 2 g/mol; R = 0,082 atm·L/mol·k

a) 54,9 L b) 82,0 L c) 41,0 L d) 20,5 L e) 36,9 L 07. A questão relaciona-se com os recipientes I e II de volumes iguais e à mesma temperatura, respectivamente com, 32g de O2 à pressão P1 e 32g de CH4 à pressão P2, como indica o esquema a seguir. (Dados: H = 1, C = 12; O = 16)

03. Considerando que o gás H2 fosse recolhido em um tubo, qual seria a maneira mais adequada de recolhê-lo (quanto a posição do tubo)? JUSTIFIQUE. I

II

III

04. Um balão meteorológico (recipiente fechado com paredes elásticas) foi cheio com 1200 L de ar na superfície da terra (p = 1 atm) a 27 °C e em seguida subiu para uma região da atmosfera onde a temperatura era de 7 °C. Qual a pressão nessa região, sabendo que o volume que gás passou a ocupar foi de 1400 L? a) 0,2 atm. b) 1,0 atm. c) 0,8 atm. d) 7,5 atm. e) 0,1 atm.

Comparando-se as pressões dos gases, tem-se a) P1 = 2/5P2 b) P1 = P2 c) P2 = 2P1 d) P1 = 2P2 e) P2 = 2/5P1 08. A atmosfera é composta por uma camada de gases que se situam sobre a superfície da Terra. Imediatamente acima do solo ocorre uma região da atmosfera conhecida como troposfera, na qual ocorrem as nuvens, os ventos e a chuva. Ela tem uma altura aproximada de 10 km, a temperatura no seu topo é cerca de -50°C e sua pressão é de 0,25 atm. Se um balão resistente a altas pressões, cheio com gás hélio até um volume de 10,0L, a 1,00atm e 27,0°C é solto, qual o volume deste balão, quando chegar ao topo da troposfera?