UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
CAPÍTULO 10
GASES
CAIO HENRIQUE TAVARES PASQUALINI
1- CARACTERÍSTICAS DOS
GASES
• POSSUEM FORMA E VOLUME INDEFINIDOS;
• PELO FATO DE SEREM COMPOSTOS
MOLECULARES SIMPLES, POSSUEM BAIXA MASSA
MOLECULAR;
• FORMAM MISTURAS HOMOGÊNEAS E SÃO
BASTANTE COMPRESSÍVEIS DEVIDO AO GRANDE
ESPAÇAMENTO ENTRE SUAS MOLÉCULAS;
• SUBSTÂNCIAS LÍQUIDAS E SÓLIDAS PODEM
EXISTIR NO ESTADO GASOSO, RECEBENDO O
NOME DE VAPOR.
Pressão: É definida como sendo a força que
atua numa superfície de área unitária.
P = F/A
- Os gases exercem pressão
na superfície em que estão
em contato;
- PRESSÃO ATMOSFÉRICA:
A gravidade age sobre os
gases atmosféricos pressionando a superfície terrestre.
Patm = 1,01325 x 105 N/m² = 1,01325 x 105 Pa = 760 mmHg = 1 atm
Temperatura:
Compreende-se
temperatura como
a medida de calor
ou frieza de um
objeto. De fato, a
temperatura
determina a
direção do fluxo
de calor.
Volume: É o
espaço ocupado
pelo gás dentro de
um determinado
recipiente.
2 – LEI GERAL DOS GASES
OS GASES APRESENTAM O COMPORTAMENTO
GOVERNADO POR 3 LEIS SIMPLES. ESSAS LEIS
RELACIONAM O VOLUME COM PRESSÃO E
TEMPERATURA.
O GÁS QUE OBEDECE ESSAS LEIS É CHAMADO DE
GÁS PERFEITO OU GÁS IDEAL.
AS 3 LEIS SÃO:
- LEI DE BOYLE;
- LEI DE CHARLES;
- LEI DE AVOGADRO.
LEI DE BOYLE
O VOLUME DE CERTA QUANTIDADE FIXA DE UM
GÁS, MANTIDO À TEMPERATURA CONSTANTE, É
INVERSAMENTE PROPORCIONAL À PRESSÃO. OU
SEJA, SE A PRESSÃO SOBRE UM BALÃO DIMINUI,
ELE SE EXPANDE.
P1∙V1 = P2∙V2
LEI DE CHARLES
O VOLUME DE CERTA QUANTIDADE FIXA DE UM
GÁS, MANTIDO À PRESSÃO CONSTANTE, É
DIRETAMENTE PROPORCIONAL À RESPECTIVA
TEMPERATURA ABSOLUTA. OU SEJA, O AR EM UM
BALÃO SE EXPANDE À PROPORÇÃO QUE É
AQUECIDO, FAZENDO-O SUBIR.
V1/T1 = V2/T2
LEI DE AVOGADRO
O VOLUME DE UM GÁS, MANTIDO À TEMPERATURA
E PRESSÃO CONSTANTES, É DIRETAMENTE
PROPORCIONAL À QUANTIDADE DE MATÉRIA DO
GÁS. OU SEJA, SE ADICIONARMOS GÁS A UM
BALÃO, O VOLUME TENDE A AUMENTAR.
V1/N1=V2/N2
TOMANDO POR BASE AS 3 LEIS ANTERIORMENTE
APRESENTADAS, CHEGAMOS À EQUAÇÃO DOS
GASES IDEAIS:
P.V = n.R.T
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DA EQUAÇÃO DO GÁS
IDEAL
1 CaCO3(s) → 1 CaO(s) + 1 CO2(g)
P = 1,3 atm
V = 250 mL = 0,25 L
T = 31ºC = 304 K
QUAL A QUANTIDADE DE MATÉRIA DE CO2
PRODUZIDA?
P∙V = n∙R∙T
n = (P∙V)/(R/T)
n = (1,3∙0,25)/(0,0821∙304)
n = 0,013 mol de CO2
DENSIDADE DOS GASES
DA EQUAÇÃO GERAL DOS GASES:
P∙V = n∙R∙T
P∙V = (m/M)∙R∙T
(P∙M)/(R∙T) = m/V
D = (P∙M)/(R∙T)
3 – MISTURA DE GASES E
PRESSÕES PARCIAIS
ATÉ AQUI TEMOS TRABALHADO APENAS COM
GASES PUROS (UMA ÚNICA SUBSTÂNCIA NO
ESTADO GASOSO). COMO SE LIDA COM GASES
FORMADOS POR UMA MISTURA DE SUBSTÂNCIAS
DIFERENTES?
JONH DALTON, ESTUDANDO AS PROPRIEDADES
DO AR OBSERVOU QUE “A PRESSÃO TOTAL DE
UMA MISTURA DE GASES É IGUAL À SOMA DAS
PRESSÕES PARCIAIS QUE CADA GÁS EXERCERIA
SE ESTIVESSE SOZINHO".
Ptotal = P1 + P2 + ... + Pn
EXEMPLO DE APLICAÇÃO
UMA MISTURA GASOSA DE 16 g DE O2 E 4 g DE CH4 É
COLOCADA EM UM RECIPIENTE DE 15 L A 0ºC. QUAL É A
PRESSÃO PARCIAL DE CADA COMPONENTE E A
PRESSÃO TOTAL NO RECIPIENTE?
QUANTIDADE DE O2
QUANTIDADE DE CH4
0,5 MOL DE O2
0,25 MOL DE CH4
O2
P1 = n1∙R∙T/V = 0,5 ∙ 0,0821 ∙ 273/15 = 0,7471 atm
CH4
P2 = n2 ∙ R ∙ T/V = 0,25 ∙ 0,0821 ∙ 273/15 = 0,374 atm
PRESSÃO TOTAL
Pt = P1 + P2 = 1,12 atm
4 – TEORIA CINÉTICA MOLECULAR
PUBLICADA POR RUDOLF CLAUSIUS, É RESUMIDA
PELAS SEGUINTES AFIRMAÇÕES:
- OS GASES CONSISTEM EM MOLÉCULAS EM
MOVIMENTO CONTÍNUO E ALEATÓRIO;
- O VOLUME DAS MOLÉCULAS DO GÁS É
DESPRESÍVEL SE COMPARADO AO VOLUME ONDE
O GÁS ESTÁ CONTIDO;
- AS FORÇAS ATRATIVAS E REPULSIVAS ENTRE AS
MOLÉCULAS DO GÁS SÃO DESPRESÍVEIS;
- AS COLISÕES ENTRE AS MOLÉCULAS DO GÁS
SÃO PERFEITAMENTE ELÁSTICAS;
- A ENERGIA CINÉTICA MÉDIA DAS MOLÉCULAS DO
GÁS É PROPORCIONAL À TEMPERATURA.
CONSEQUÊNCIAS DA TEORIA CINÉTICA MOLECULAR
- O efeito de um aumento de volume à temperatura constante:
Temperatura constante significa que a velocidade média quadrática,
μ, não varia. Se o volume aumenta, as moléculas percorrem uma
distância maior entre colisões. Dessa forma, existem menos colisões
por unidade de tempo com as paredes do recipiente, e a pressão
diminui. O modelo explica de maneira simples a Lei de Boyle.
- O efeito do aumento da temperatura a volume constante:
Aumento na temperatura significa aumento em μ. A volume
constante, haverá mais colisões com as paredes por unidade de
tempo. Além disso, as moléculas chocam-se contra as paredes com
mais força. O modelo explica o aumento de pressão observado.
5 – EFUSÃO E DIFUSÃO
MOLECULAR
• EFUSÃO: É A FUGA DAS MOLÉCULAS POR
MINÚSCULOS ORIFÍCIOS
• DIFUSÃO: É O ESPALHAMENTO DE UMA
SUBSTÂNCIA PELO ESPAÇO (EX: MOLÉCULAS DE
PERFUME).
A SEGUINTE EQUAÇÃO EXPRESSA
QUANTITATIVAMENTE A VELOCIDADE DE EFUSÃO
DAS MOLÉCULAS:
V=
LEI DE GRAHAM
SUPONHA DOIS GASES À MESMA TEMPERATURA E
PRESSÃO EM RECIPIENTES COM BURACOS
IDÊNTICOS. SE AS TAXAS DE EFUSÃO DAS
SUBSTÂNCIAS SÃO R1 E R2, E SUAS RESPECTIVAS
MASSAS MOLARES SÃO M1 E M2, A LEI DE GRAHAM
AFIRMA:
R1/R2 = √M2/√M1
OU SEJA, QUANTO MAIS LEVE FOR O GÁS, MAIS
RAPIDAMENTE ELE SE EFUNDIRÁ.
6 – GASES REAIS
DESVIO DO COMPORTAMENTO IDEAL
EMBORA A EQUAÇÃO DO GÁS IDEAL SEJA ÚTIL EM
DESCREVER OS GASES, OS GASES SÓ OBEDECEM
ESSA RELAÇÃO ATÉ UM CERTO PONTO. ISSO SE
DEVE À DESCONSIDERAÇÃO DO VOLUME DAS
MOLÉCULAS E DAS FORÇAS DE ATRAÇÃO ENTRE
ELAS.
TEMPERATURA: COM O DECRÉSCIMO DA
TEMPERATURA, AS PARTÍCULAS DO GÁS MOVEMSE MAIS LENTAMENTE. ISSO AUMENTA O EFEITO
DAS FORÇAS ATRATIVAS, QUE FAZEM COM QUE A
PRESSÃO EFETIVA SOBRE AS PARTÍCULAS DO GÁS
SEJA MAIOR QUE A PRESSÃO MEDIDA. ISSO TORNA
O VOLUME MOLAR MENOR QUE O CALCULADO
PELA LEI DOS GASES IDEAIS.
P∙V
R∙T
P (atm)
PRESSÃO: A ALTAS PRESSÕES, A DISTÂNCIA
ENTRE AS MOLÉCULAS DIMINUI, AUMENTANDO AS
FORÇAS DE ATRAÇÃO ENTRE ELAS, ASSIM A
FORÇA DAS COLISÕES COM O RECIPIENTE
DIMINUI, DIMINUINDO A PRESSÃO. NESSE CASO, A
PRESSÃO SE TORNA MAIS BAIXA EM RELAÇÃO À
DO GÁS IDEAL.
P∙V
R∙T
P (atm)
EQUAÇÃO DE VAN DER WAALS
JOHANNES VAN DER WAALS DESENVOLVEU UMA
EQUAÇÃO ÚTIL PARA DETERMINAR O
COMPORTAMENTO DE GASES REAIS.
COM a E b
CONSTANTES
QUE DEPENDEM
DO GÁS
ESTUDADO
7 – REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
- “QUÍMICA: A CIÊNCIA CENTRAL” – BROWN, LEMAY, BURSTEN
- “QUÍMICA GERAL” – SCHAUM, ROSEMBERG
- WWW.UOL.COM.BR/VESTIBULARES