Massas e Volumes Iguais de Gases
Pércio Augusto Mardini Farias Este documento tem nível de compartilhamento de
acordo com a licença 3.0 do Creative Commons.
http://creativecommons.org.br
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/legalcode
Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases Massas e volumes iguais de gases
Introdução
Em 1811 foi enunciado, por Avogadro, uma hipótese sobre volumes gasosos, posteriormente
comprovada experimentalmente e conhecida como Princípio ou Lei de Avogadro, que diz: “Volumes
iguais de quaisquer gases, quando medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura,
encerram o mesmo número de moléculas”. Portanto, a relação das massas destes volumes iguais
indicam diretamente a relação das massas das duas espécies moleculares.
O Italiano Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro - Conte di Quaregna e Ceretto (1776-1856), foi um
dos precursores da físico-química e era também um físico, matemático, advogado e filósofo da
natureza. A sua lei permite também dizer que “A pressão de 1 atm e a temperatura de 273 K, 1 mol de
qualquer gás ter o mesmo volume de 22,4 L” ou “O volume de um gás de massas atômicas e
moleculares à partir das densidades dos gases”. A partir de sua hipótese outros físicos determinaram o
famoso número de Avogadro que é o número de moléculas em um mol de uma substância e é
representado por NA com o valor de 6,0221367 x 1023.
Efeito do empuxo
O empuxo, E, ou força buoyant é o que faz com que balões de aniversário cheios de hélio e os balões de
ar quente subam para o alto. Os balões de aniversário sobem porque a densidade do ar é maior a do gás
hélio. A equação abaixo representa o empuxo nesta situação e é igual a diferença das densidades
multiplicada pelo Volume, V, e pela aceleração da gravidade, g.
E = (dar - dhélio)Vg
Sabendo que a densidade é igual a massa, m, pelo
volume, podemos dizer que a massa do ar deslocado é:
m = (dar - dhélio)V
Figura 1: Zepelin (balão de ar)
E o empuxo (peso do ar deslocado) pode ser representado como:
E=m.g
. 1 . Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases Vivemos numa atmosfera de ar e em geral não consideramos o seu efeito sobre as medidas. Quando um
objeto é colocado em uma balança, sofre a ação de uma força de baixo para cima igual ao peso do ar
por ele deslocado. Em geral deixamos de lado esse efeito porque ele é relativamente pequeno.Mas
nesta experiência das massas de volumes consideráveis e iguais de gases leves como N2 e CO2, este
efeito do empuxo deve ser levado em consideração.
Nesta experiência, a massas aparentes obtidas deverão ser corrigidas, porque na pesagem será
considerado o efeito do empuxo que o saco plástico sofre quando colocado no prato da balança. Assim,
dever-se-á acrescentar à massa aparente, a massa do ar deslocado. Para calcular a massa do ar
deslocado devemos multiplicar a massa específica (densidade) do ar a temperatura e pressão ambiental
pelo volume do saco plástico cheio de ar.
massa do ar deslocado = (massa específica, g/L) . (volume, L)
Massa e Peso
Deve ser lembrado também, que há uma
distinção entre os conceitos de massa e peso. A
massa de um corpo é a quantidade de matéria
nele contida, é uma propriedade fundamental
do corpo. Independe da sua posição com
relação à Terra (m = dV). O peso é o efeito do
campo gravitacional sobre a massa do corpo (ρ
= dVg = mg).
Figura 3: Balança
analítica
As balanças analíticas são instrumentos
exatos e precisos e são usadas na
determinação de massas de um
determinado corpo. Elas devem ser
instaladas em bancadas sólidas sem
possíveis vibrações. As balanças mais
Figura 2:
modernas não precisam ser calibradas
Astronauta
periodicamente com massas padrões.
. 2 . Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases Experiência – Parte I
1. Você receberá uma rolha com um conta-gotas de vidro introduzido no seu interior, um saco
plástico e um elástico (Figura 4). Prenda o saco plástico em torno da extremidade mais larga da
rolha.
2. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e expulse todo o ar do saco plástico alisando-o
sobre a mesa. Recoloque a tampa de borracha e determine a massa deste conjunto com
aproximação de 0,01g, ou seja um valor para a massa até a segunda casa decimal.
3. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e conecte o conjunto, por meio de um tubo
também de borracha à uma fonte de gás nitrogênio (Figura 5 e Figura 6). Deixe que o saco fique
completamente cheio. Segure o conjunto pela rolha e feche a válvula do manômetro. Retire o
tubo de borracha do conta-gotas e deixe escapar o gás em excesso, mas não amasse o saco
plástico, para que o gás dentro do saco fique à pressão atmosférica. A seguir recoloque a tampa
de borracha no conta-gotas.
4. Determine, ainda com aproximação de 0,01g, a massa do conjunto que contém o gás a
temperatura ambiente e a pressão atmosférica. (Figura 7)
Experiência – Parte I – Imagens
. 3 . Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases Experiência – Parte II
Assegure-se de que o saco, a rolha e o conta-gotas estão vazios e secos. Repita as etapas 3 e 4,
enchendo o conjunto com CO2.
3. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e conecte o conjunto, por meio de um tubo também de
borracha à uma fonte de dióxido de carbono (Figura 8 e Figura 9). Deixe que o saco fique
completamente cheio. Segure o conjunto pela rolha e feche a válvula do manômetro. Retire o tubo de
borracha do conta-gotas e deixe escapar o gás em excesso, mas não amasse o saco plástico, para que o
gás dentro do saco fique à pressão atmosférica. A seguir recoloque a tampa de borracha no contagotas.
4. Determine, ainda com aproximação de 0,01g, a massa do conjunto que contém o gás a temperatura
ambiente e a pressão atmosférica. (Figura 10)
Experiência – Parte II – Imagens
. 4 . Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases Experiência – Parte III
1. Se o saco plástico contiver qualquer outro gás que não seja ar, remova-o. A seguir, introduza ar
no saco, com auxílio de uma bomba. Procure obter o mesmo volume usado anteriormente com
cada um dos gases, CO2 e N2.
2. Meça o volume de ar pela maneira indicada abaixo: Encha até o gargalo um frasco de vidro de
aproximadamente 2 litros com água da torneira. Tampe-o com uma rolha e inverta-o dentro de
um reservatório com água colocado na pia. Retire a rolha debaixo da água.
3. Retire a tampa de borracha do conta-gotas e, no lugar dela coloque um tubo de borracha.
4. Introduza a outra extremidade deste tubo no gargalo do frasco invertido.
As etapas 3 e 4 devem ser executadas rápido e cuidadosamente.
5. Comprima levemente o saco plástico, de maneira que o gás desloque a água do frasco (Figura
11). Finalmente alise o saco para remover todo o gás.
6. Com cuidado e atenção, dobre o tubo de borracha para fechá-lo e retirá-lo do reservatório com
água. Coloque a rolha de volta no gargalo do frasco, para tampá-lo. Remova-o da água e
coloque-o na bancada.
7. Você vai agora completar o volume de água que foi substituído pelo ar da seguinte forma:
encha uma proveta de 1000mL com água. Transfira para o frasco a quantidade necessária para
enche-lo de novo. Anote este valor que corresponde ao volume de ar deslocado, à temperatura
ambiente e à pressão atmosférica. (Figura 12)
A massa de ar deslocado é determinada usando-se este volume, em litros, e a massa específica (massa
por unidade de volume) do ar seco a temperatura e a pressão verificada, em g.L-1 (g/L), conforme os
dados da Tabela 1.
Experiência – Parte III – Imagens
. 5 . Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases Massa específica
Tabela 1: Massa específica do ar em g.L-1 (incerteza ± 0,01) a várias temperaturas e pressões.
Questionário
1. Calcule as massas aparentes do nitrogênio e do dióxido de carbono nos sacos plásticos,
subtraindo a massa do saco vazio da massa do saco com gás.
2. Calcule as massas reais do nitrogênio e do dióxido de carbono, somando às massas aparentes, a
massa do ar deslocado.
3. Determine a densidade de cada gás (N2 e CO2) nas condições ambiente(damb).
4. Determine a densidade de cada um dos gases (N2 e CO2) nas CNTP (dCNTP), empregando a
relação( * ), derivada da lei dos gases ideais:
. 6 . Curiosidades e Descobertas Massas e volumes iguais de gases 5. Comprove o Princípio de Avogadro através dos resultados obtidos na experiência.
. 7 .