Área 2 – Química Ensino Médio, 2º Ano EQUAÇÃO DE ESTADO DOS GASES PERFEITOS Imagem: NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC) / Public Domain QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos O gás hélio é utilizado em dirigíveis e balões com fins recreativos. Imagem: G.P. Schmahl, Sanctuary Superintendent NOAA/NOS/NMS/FGBNMS; National Marine Sanctuaries Media Library / Public Domain. A importância dos gases A mistura hélio/oxigênio é usada para mergulhos à grande profundidade, já que o hélio é inerte e menos solúvel no sangue que o nitrogênio (1). QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos Imagem: Tradimus / GNU Free Documentation License A importância dos gases Imagem: NASA. Foto tirada por Harrison Schmitt ou Ron Evans (da missão Apollo 17) / Public Domain Imagem: Janne Karaste / GNU Free Documentation License O gás oxigênio é muito importante na respiração de muitos seres vivos, além de ser O gás ozônio tem grande usado como comburente (2). importância na atmosfera. A camada de ozônio é responsável por "filtrar" (absorver) os raios ultravioleta provenientes do Sol. QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos O comportamento dos GASES é melhor compreendido quando conhecemos ... ... sua temperatura (T) ... sua pressão (P) ... seu volume (V) ... a quantidade de partículas do gás. QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos TEORIA CINÉTICA DOS GASES As partículas de um GÁS ... ... encontram-se muito afastadas umas da outras. ... movimentam-se em trajetória retilínea. ... sofrem colisões perfeitamente elásticas. ... possuem força de interação desprezível. QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos Todo gás exerce uma PRESSÃO, ocupando um certo VOLUME à determinada TEMPERATURA (3) . Aos valores conhecidos (medidos) de pressão, volume e temperatura chamamos de ESTADO DE UM GÁS. Assim: V = 5L T = 300 K P = 1 atm QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos Os valores da pressão, do volume e da temperatura não são constantes, então, dizemos que PRESSÃO (P), VOLUME (V) e TEMPERATURA (T) são VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS (4). P1 = 1 atm P2 = 2 atm P3 = 6 atm V1 = 6 L V2 = 3 L V3 = 3 L T1 = 300 K T2 = 300 K T3 = 900 K QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos Denomina-se pressão de um gás a razão (força/área) originada pela colisão de suas moléculas com as paredes do recipiente em que ele se encontra. QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos vácuo Experiência de TORRICELLI mercúrio 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg mercúrio 100 cm 1 atm 76 cm 1 atm = 101,3 kPa QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos é o espaço ocupado pelo gás. 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 Nos trabalhos científicos, a unidade usada é a escala absoluta ou Kelvin (K). T = t + 273 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos P1 = 1 atm P2 = 2 atm V1 = 6 L V2 = 3 L T1 = 300 K T2 = 300 K ESTADO 2 ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA Mantemos constante a TEMPERATURA e modificamos a pressão e o volume de uma massa fixa de um gás (5). QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos P1 = 1 atm P2 = 2 atm P3 = 6 atm V1 = 6 L V2 = 3 L V3 = 1 L T1 = 300 K T2 = 300 K T3 = 300 K 7 P (atm) LEI DE BOYLE-MARIOTTE 6 constante PP1 xx VV= 1 = P 2 x V2 5 4 PRESSÃO e VOLUME são inversamente proporcionais. 3 2 1 V (litros) 1 2 3 4 5 6 7 8 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos P1 = 1 atm P2 = 1 atm V1 = 6 L V2 = 3 L T1 = 300 K T2 = 150 K ESTADO 2 ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA Mantemos constante a PRESSÃO e modificamos a temperatura absoluta e o volume de uma massa fixa de um gás (6). QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 7 P1 = 2 atm P2 = 2 atm P3 = 2 atm V1 = 1 L V2 = 2 L V3 = 3 L T1 = 100 K T2 = 200 K T3 = 300 K V (L) 6 5 VOLUME e TEMPERATURA ABSOLUTA são diretamente proporcionais. V 4 T 3 = constante 2 LEI DE CHARLES 1 T (Kelvin) 100 200 300 400 500 600 700 800 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos P1 = 4 atm P2 = 2 atm V1 = 6 L V2 = 6 L T1 = 300 K T2 = 150 K ESTADO 1 ESTADO 2 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA Mantemos constante o VOLUME e modificamos a temperatura absoluta e a pressão de uma massa fixa de um gás. QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 7 P1 = 1 atm P2 = 2 atm P3 = 3 atm V1 = 2 L V2 = 2 L V3 = 2 L T1 = 100 K T2 = 200 K T3 = 300 K P (atm) PRESSÃO e TEMPERATURA ABSOLUTA 6 são diretamente proporcionais. 5 P 4 3 = constante T 2 1 LEI DE GAY-LUSSAC T (Kelvin) 100 200 300 400 500 600 700 800 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 01) Um cilindro com êmbolo móvel contém 100 mL de CO2 a 1,0 atm. Mantendo a temperatura constante, se quisermos que o volume diminua para 25 mL, teremos que aplicar uma pressão igual a (7): a) 5 atm. b) 4 atm. c) 2 atm. d) 0,4 atm. e) 0,1 atm. V1 = 100 L V2 = 25 L P1 = 1 atm P2 = ? atm P1 1 V1 = P2 x V2 100 = P2 x 25 x x P2 = 100 25 P2 = 4 atm QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 02) Um recipiente com capacidade para 100 litros contém um gás à temperatura de 27°C. Esse recipiente é aquecido até uma temperatura de 87°C, mantendo – se constante a pressão. O volume ocupado pelo gás a 87°C será de a) 50 litros. b) 20 litros. c) 200 litros. (8): V1 = 100 L T1 = 27°C + 273 = 300 K V2 = ? T2 = 87°C + 273 = 360 K d) 120 litros. V1 100 e) 260 litros. 300 T1 V2 = = V2 360 T2 36000 300 300 X V2 = 100 V2 = 120 L x 360 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 03) Um recipiente fechado contém hidrogênio à temperatura de 30°C e pressão de 606 mmHg. A pressão exercida quando se eleva a temperatura a 47°C, sem variar o volume, será (9): a) 120 mmHg. b) 240 mmHg. c) 303 mmHg. d) 320 mmHg. e) 640 mmHg. T1 = 30°C + 273 = 303 K P1 = 606 mmHg T2 = 47°C + 273 = 320 K P2 = ? P1 606 2 = 303 T1 P2 320 T2 P2 = 2 x 320 P2 = 640 mmHg QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 04) Um recipiente cúbico de aresta 20 cm contém um gás à pressão de 0,8 atm. Transfere-se esse gás para um cubo de 40 cm de aresta, mantendo-se constante a temperatura. A nova pressão do gás é de (10): a) 0,1 atm. 20 cm b) 0,2 atm. c) 0,4 atm. 40 cm T = constante d) 1,0 atm. 20 cm e) 4,0 atm. 20 cm 40 cm 40 cm P = 0,8 atm V = 8000 20 a3L3 8 P’ = ? atm 3 3L cm3 40 64000 64 V’ = a cm3 P’ x V’ = P x V P’ x 64 = 0,8 x 8 P’ = 6,4 64 P’ = 0,1 atm QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos EQUAÇÃO GERAL DOS GASES P1 x V1 P2 = T1 x V2 T2 Observação: P1 x V1 = P2 x V2 Transformação ISOTÉRMICA V1 T1 = V2 T2 Transformação ISOBÁRICA P1 T1 = P2 T2 Transformação ISOCÓRICA QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 01) Uma amostra de 1 mol de gás oxigênio ocupa 22,4 L a 0ºC e 1 atm. Empregue a equação geral dos gases para prever qual será o volume dessa mesma amostra de gás se estivesse submetida a uma temperatura de 273ºC e a uma pressão de 0,5 atm (11). V1 = 22,4 L V2 = ? L T1 = 0ºC + 273 = 273 K P1 = 1 atm P2 = 0,5 atm T1 = 0ºC T2 = 273ºC T2 = 273ºC + 273 = 546 K 1 x 22,4 = 273 V2 = 2 x 22,4 0,5 0,5 x 546 V2 1 x 22,4 1 V2 = 89,6 L = 0,5 x 2 V2 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 02) Com base em dados enviados de Vênus por sondas espaciais norte – americanas e soviéticas, pode-se considerar que, em certos pontos da superfície desse planeta, a temperatura é de 327ºC e a pressão atmosférica é de 100 atm. Sabendo-se que na superfície da Terra o volume molar de um gás ideal é 24,6 L a 27ºC e 1,00 atm, qual seria o valor desse volume nesses pontos de Vênus? V1 = ? L V2 = 24,6 L T1 = 327ºC + 273 = 600 K P1 = 100 atm P2 = 1,00 atm T1 = 327ºC T2 = 27ºC T2 = 27ºC + 273 = 300 K 100 x V1 600 V1 = = 49,2 100 1 x 24,6 300 100 x 2 V1 = V1 = 0,492 L = 492 mL 1 x 24,6 1 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 03) Certa massa de gás hidrogênio ocupa um volume de 100 litros a 5 atm e – 73°C. A que temperatura essa massa de hidrogênio irá ocupar um volume de 1000 litros na pressão de 1 atm a) 400°C. V1 = 100 L P1 x V1 b) 273°C. P1 = 5 atm = c) 100°C. T1 T1 = – 73°C + 273 = 200 K d) 127°C. V2 = 1000 L e) 157°C. P2 = 1 atm T2 = ? 5 x 100 = 200 T2 = 2000 5 1 x 1000 T2 5 x 2 1 = 1 x T2 = 400 K– 273 = 127°C 1000 T2 (12)? P2 x T2 V2 QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos Lei do Gás Ideal (Equação de Clapeyron) P x T V = constante Para 1 mol de gás nas CNTP Para 2 mols de gás nas CNTP P x V T P x V T P Para n mol de gás nas CNTP Generalizando, teremos: x T P x V = 1 x = V = n = 0,082 273 1 = 22,4 x 22,4 x 0,082 273 1 x 22,4 0,082 273 x R x T 2 x n = = 2 n x x QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 01) (UFRGS) Um extintor de incêndio contém 4,4 kg de CO2. Qual o volume máximo de gás liberado na atmosfera, a 27ºC e 1 atm, em litros? Dados: C = 12 u.; O = 16 u. m = 4,4 kg a) 0,229 V = ? L b) 2,46 c) 24,6 d) 229,4 e) 2460 T = 27ºC = 4400 g n = = 300 K P = 1 atm P x V x R x 1 x V = 100 x 0,082 V = n = 2460 L T x 300 4400 44 = 100 mols QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 02) Podemos afirmar que 5 mols de moléculas de gás oxigênio, submetido a 27°C e ocupando o volume de 16,4 L , exercerão uma pressão de (13): a) 3,0 atm. b) 5,0 atm. n = 5 mols T = 27°C+ 273 = 300 K c) 3,5 atm. V = 16,4 L d) 7,5 atm. P=? e) 2,5 atm. P.V=n.R.T P x 16,4 = 5 x 0,082 x 300 P x 16,4 = 123 P = 123 16,4 P = 7,5 atm QUÍMICA, 2ª Série Equação de Estado dos Gases Perfeitos 03) O volume ocupado por 14,2g de gás cloro (Cl2) medidos a 8,2 atm e 727°C é de: Dado: Cl = 35,5 u a) 1,0 litro. b) 1,5 litros. c) 2,0 litros. d) 2,5 litros. e) 3,0 litros. V=? m = 14,2 g 14,2 = 0,2 mol 71 n = P = 8,2 atm T = 727°C + 273 = 1000 K P.V=n.R.T 8,2 x 8,2 x V = 0,2 x V = 16,4 16,4 V = 8,2 0,082 x 1000 V = 2L Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença 2a NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC) / Public Domain Link da Fonte Data do Acesso http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zep 31/01/2012 pelin.jpg 2b Imagem: G.P. Schmahl, Sanctuary http://commons.wikimedia.org/wiki/File:San 14/02/2012 Superintendent NOAA/NOS/NMS/FGBNMS; c0460_-_Flickr_-_NOAA_Photo_Library.jpg National Marine Sanctuaries Media Library /Public Domain. 3a Janne Karaste / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mid 31/01/2012 summer_bonfire_closeup.jpg 3b Tradimus / GNU Free Documentation Licens http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ast 31/01/2012 hma_spacer.JPG 3c NASA. Foto tirada por Harrison http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The 31/01/2012 Schmitt ou Ron Evans (da missão Apollo 17) / _Earth_seen_from_Apollo_17.jpg Public Domain