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Universidade Federal de ItajubáQuímica Geral Qui-102
Gases
Gases
Paulo Roberto Ponzoni de Abreu n° 15779
Bruno Silva Santos n° 15757
Universidade Federal de Itajubá
Química Geral Qui-102
Gases
Características dos gases Pressão As leis dos gases A equação do gás ideal Aplicações adicionais da equação do gás ideal Misturas de gases e pressões parciais Teoria cinética molecular Efusão e difusão molecular Gases reais: desvios do comportamento ideal
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Características dos gases
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Pressão• Pressão transmite a idéia de força agindo sobre
uma determinada área que tende mover algo numa determinada direção.
• A unidade SI (sistema internacional) é newton/ metro quadrado. A ela deram o nome de pascal (Pa) em homenagem a Blaise Pascal (1623-1662).
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• Evangelista Torricelli (1604 – 1947)
Inventou a barômetro para mostrar
que a atmosfera tinha peso.• Após o equilíbrio do mercúrio com
a pressão atmosférica, observou que
altura da coluna de mercúrio
era de 760mm.
1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 x 105 Pa = 101,325 kPa
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Podemos usar outros dispositivos para medir a pressão de um gás em sistemas fechados.
•No laboratório usamos o dispositivo
chamado manômetro que opera
pelo mesmo princípio do barômetro.
•Os calibradores que medem a pressão
do ar nos pneus de automóveis e bicicletas.
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As leis dos gasesLei de Boyle:
“O volume de certa quantidade de gás mantido a temperatura constante é inversamente proporcional à pressão”
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Exemplos diários:
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Lei de Charles:“O volume de uma certa quantidade de gás fixa, mantida a pressão constante, é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta”
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Gases Lei de Avogadro: “O volume de um gás mantido
a temperatura e pressão constantes é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás”
6,02 x 1023 moléculas =
22,4 L (CNTP)
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Gases A equação do gás ideal
A partir dessas três leis
Equação geral dos gases:
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Gases PV = nRT
• R é chamado de constante dos gases ideais. O valor e a unidade de R dependem das unidades de temperatura, pressão e volume.
• n é a quantidade do gás em mols.
Gás ideal
Um gás perfeito ou ideal é um modelo idealizado para o comportamento de um gás. Um gás perfeito obedece as leis de Boyle-Mariotte, de Charles, de Gay-Lussac, de Avogadro.
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Gases • Muitas propriedades dos gases são tabeladas de
acordo com a CNTP (condições normais de temperatura e pressão), o que implica numa pressão de 1 atm e temperatura de 0°C (273,15 K)
• A partir desses valores podemos calcular o volume de um gás ideal. V = 22,4 L
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Gases Temos três processos utilizando a equação do gás ideal:
• Processo isotérmicoÉ um processo no qual não há variação de temperatura.Assim, nRT = constante. PV = P’V’
• Processo isobáricoÉ um processo no qual não há variação de pressãoAssim, nR/P = constante. V/T = V’/T’
• Processo iso(volu)métricoÉ um processo no qual não há variação de volumeAssim, nR/V = constante. P/T = P’/T’
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• E quando somente nR = constante, podemos usar:
PV/T = P’V’/T’
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Aplicações adicionais da equação do gás ideal
PV = nRT PV = m RT P MM = m = d
d = P MM ou MM = dRT
RTMM V
RT P
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Gases Misturas de gases e pressões parciais• Em uma mistura de gases a pressão total é a soma das
pressões dos gases que compõem essa mistura. Cada gás age como se estivesse ocupando sozinho o espaço disponível. Enunciando de forma diferente a idéia, podemos dizer que a pressão total é a soma das pressões parciais. Esta é conhecida como Lei de Dalton.
• Pressão parcial é a pressão que um determinado componente em uma mistura, que contribui para a pressão total.
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Gases • Considerando Pt a pressão total e P1, P2, P3 as pressões parciais dos gases.De acordo com a lei de Dalton temos:
Pt = P1 + P2 + P3
Pressões parciais e frações em mol• Como cada gás comporta-se de forma independente, podemos
relacionar a quantidade de um gás em uma mistura com sua
pressão parcial
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• pressão parcial de um gás em um mistura é sua fração em quantidade de matéria multiplicada pela pressão total.
Xi é igual (n1/nt)
• A razão de n1/nt é chamada fração em quantidade de matéria ou fração em mol do gás 1.
• Xi é um número sem dimensão que expressa a razão entre a quantidade de matéria de certo componente e a quantidade de matéria total na mistura.
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Gases Coletando gases sobre a água
• É comum sintetizar gases e coletá-los através do deslocamento de um volume de água, através da montagem abaixo.
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• Para calcular a quantidade de gás produzido, precisamos fazer a correção para a pressão parcial da água.
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Teoria cinética molecular
Rudolf Clausius em sua Teoria Cinética Molecular afirmou:
1. Os gases consistem em grande número de moléculasque estão em movimento.2. O volume do gás é desprezível comparado ao volumetotal (0,1%).3. As forças atrativas e repulsivas entre as moléculas sãodesprezíveis.
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4. As energias podem ser transferidas entre as moléculas
em suas colisões, porém a energia cinética média das
moléculas não varia com o tempo, ou seja, as colisões são
perfeitamente elásticas.
5. A energia cinética média das moléculas é proporcional
à temperatura absoluta.
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Gases • Energia Cinética Média = m (vmq)2
2
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Gases Aplicação da lei dos gases:• Efeito de aumento do volume à temperatura
constante
• Efeito do aumento da temperatura a volume constante
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Gases Efusão e difusão molecular De acordo com a teoria cinética molecular, a
energia cinética média de qualquer coleção de moléculas de um gás, m (vmq)2/2, tem um valor específico a determinada temperatura. Assim, um gás composto de partículas leves, como He, terá a mesma energia cinética média que um composto de partículas muito mais pesadas, como Xe, desde que os dois estejam à mesma temperatura. A massa m, das partículas no gás mais leve é menor que aquela no gás mais pesado.
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• Dessa forma, as partículas mais leves devem ter maior velocidade do que as partículas mais pesadas de gás.
• A seguinte equação, que expressa esse fato quantitativamente, pode ser derivada de teoria cinética molecular:
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Gases Efusão e difusão molecular• O primeiro fenômeno é a efusão, que é a fuga das
moléculas de gás por orifícios minúsculos para um espaço evacuado.
Lei de Graham afirma que a taxa de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa molar.
E quanto maior a velocidade molecular de um gás maior a sua chance de chocar-se com o orifício e efundir.Isso implica que a velocidade molecular é diretamente proporcional à taxa de efusão.
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Gases • O segundo fenômeno é a difusão, que é o espalhamento de uma substância pelo espaço ou por uma segunda substância.
• Velocidade das moléculas• Colisões• Caminho livre médio
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Gases • AirbagA bolsa inflável ou airbag é considerada um dos mais eficientes recursos de segurança passiva (que visam a minimizar as conseqüências de um acidente) dos automóveis atuais
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Gases reais: desvios do comportamento ideal
• A altas pressões o desvio de comportamento ideal (PV = 1) é grande e diferente para cada gás. RT
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•Gases reais não se comportam de modo ideal a altas pressões.
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•O desvio comportamental ideal depende da temperatura
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• Quanto maior a temperatura, mais o gás se aproxima do comportamento ideal.
• Quando a temperatura de um gás chega perto do ponto de condensação a diferença de comportamento torna-se significativa.
• Quanto menor a temperatura e/ou quanto maior a pressão, as moléculas aproximam-se mais.
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• Van der Waals identificou que, para um gás real, a expressão do gás ideal teria que ser corrigida quanto ao volume finito e às forças atrativas.
• a e b variáveis particulares de cada gás.
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Gases • a e b aumentam de acordo com o aumento da massa molar e com a complexidade de cada molécula
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Referências bibliográficas
• Química: A Ciência Central, 9ª ed.. Brown, LeMay, Bursten
• http://www.qmc.ufsc.br/quimica/pages/aulas/gas_page2.html
• http://pt.wikipedia.org • http://images.google.com.br• http://hsw.uol.com.br/