Unidade 10 – Estudo dos Gases
Introdução
Equação dos gases
Transformação Isotérmica
Transformação Isobárica
Transformação Isocórica
Diagrama de Fases
Introdução
Equação Geral dos Gases
Na Química, aprendemos a
chamada Equação de
Clapeyron (1799-1864), que
relaciona as variáveis de
estado de pressão (p), volume
(V) e temperatura absoluta (T),
dos gases perfeitos.
O conhecimento dessas três
variáveis é indispensável para
se determinar o estado do gás.
Sua forma mais conhecida é p .
V = n . R . T, sendo n o número
de mols de partículas em certa
massa de um gás e R a
constante universal dos gases
perfeitos.
Reescrevendo a Equação de
Clapeyron, temos:
p.V
= n.R
T
Assim, para determinar massa
de gás encerrada em um
recipiente fechado (número de
mols invariável), podemos
concluir que o fator p.V
T
apresenta resultado constante
quaisquer que sejam os valores
de pressão, volume e
temperatura do gás perfeito.
Equação Geral dos Gases
A essa conclusão, representada a seguir,
damos o nome de Equação Geral dos
Gases:
p.V
T
= cons tan te
Há quem imaginar um gás perfeito em dois
estados diferentes:
estado 1 (p1 ,V1 , T1 )
estado 2 (p 2 , V2 , T2 )
p1.V1 p 2 .V2
=
T1
T2
Resolução de Atividades
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Transformação Isotérmica
Vamos considerar certa
massa de um gás
perfeito com volume V1,
pressão p1 e
temperatura T1 contida
no interior de um
cilindro com êmbolo
móvel.
Se mantivermos constante a
temperatura (continua com o
valor T1) e deslocarmos o
êmbolo para a direita de
forma que o volume do gás
aumente para V2, sua
pressão sofrerá variação e
passará a valer p2.
Transformação Isotérmica
Aplicando a Lei dos
Gases Perfeitos,
podemos simplificar a
temperatura T1 que
aparece em ambos os
lados da equação:
p1.V1 p 2 .V2
=
→
T1
T2
p1.V1 = p 2 .V2
Visto que a temperatura
permanece constante, essa
transformação é
denominada isotérmica.
Em casos como esse,
podemos notar que a
pressão e o volume do gás
variam de maneira
inversamente proporcional.
Assim, no exemplo
analisado, como o volume
aumentou, a pressão
certamente diminui na
mesma proporção.
Transformação Isotérmica
Devido a estes fatos mencionados, em
transformações isotérmicas, o diagrama da
pressão em função do volume é sempre uma
hipérbole.
Transformação Isobárica
Vamos considerar
novamente certa
massa de um gás
perfeito com volume V1,
pressão p1 e
temperatura T1 contida
no interior de um
cilindro com êmbolo
móvel.
Se aquecermos esse gás
até uma temperatura T2,
fornecendo calor para ele, e
deixarmos o êmbolo se
deslocar livremente, a
pressão interna do sistema
permanecerá constante
(continuará com o valor p1),
mas o volume aumentará
até a valer V2.
Transformação Isobárica
Aplicando a Lei dos
Gases Perfeitos,
podemos simplificar a
pressão p1 que aparece
em ambos os lados da
equação:
p1.V1 p 2 .V2
=
→
T1
T2
V1 V2
=
T1 T2
Visto que a pressão
permanece constante, essa
transformação é
denominada isobárica.
Em casos, como esse,
podemos notar que o
volume e a temperatura do
gás variam de maneira
diretamente proporcional.
Assim, no exemplo
analisado, como a
temperatura do gás
aumentou, seu volume
elevou-se na mesma
proporção.
Transformação Isobárica
Devido aos fatos mencionados, em
transformações isobáricas, o diagrama do
volume em função da temperatura é sempre
uma semirreta.
Transformação Isocórica
Vamos considerar certa
massa de um gás perfeito
com volume V1, pressão p1
e temperatura T1 contida no
interior de um cilindro.
Se aquecermos esse gás
até uma temperatura T2,
fornecendo calor para ele, e
deixarmos o êmbolo fixo em
sua posição inicial (o
volume do gás continuará
com o valor V1), a pressão
interna do sistema
aumentará até passa a valer
p2.
Transformação Isocórica
Aplicando a Lei dos
Gases Perfeitos,
podemos simplificar o
volume V1 que aparece
em ambos os lados da
equação:
p1.V1 p 2 .V2
=
→
T1
T2
p1 p2
=
T1 T2
Visto que o volume
permanecerá constante,
essa transformação é
denominada isovolumétrica,
isométrica ou isobárica.
Em casos como esse,
podemos notar que a
pressão e a temperatura do
gás variam de maneira
diretamente proporcional.
Assim, no exemplo
analisado, como a
temperatura do gás
aumentou, sua pressão
elevou-se na mesma
proporção.
Transformação Isocórica
Devido aos fatos mencionados, em
transformações Isocóricas, o diagrama da
pressão em função da temperatura é sempre
um semirreta.
Resolução de Atividades
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Diagrama de Fases
Já vimos que uma substância pode se
apresentar, principalmente, em quatro fases:
sólidas, líquida, gasosa e plasma.
Um tipo de gráfico – denominado diagrama
de fases – permite-nos avaliar a influência
que as variáveis de estado – pressão e
temperatura – exercem sobre a fase em que
uma substância se encontra.
Diagrama de Fases
Basicamente, existem apenas dois grandes
casos para os diagramas de fase: o das
substâncias que se expandem na fusão e os
das substâncias que se contraem na fusão.
Diagrama de Fases
Nos diagramas anteriores, podemos notar a presença
de três curvas que delimitam diferentes regiões no
plano cartesiano.
1. Curva de fusão: situada entre as regiões de fase
sólida e líquida
É formada pelos pontos (pressão e temperatura) em
que coexistem em equilíbrio as fases sólida e líquida
da substância representada no gráfico.
Diagrama de Fases
Para a maioria das
substâncias que sofrem
dilatação durante a fusão,
aumento de pressão
provoca aumento da
temperatura de fusão.
Para elas, podemos notar
que a curva de fusão e
crescente.
Já para a água, bismuto,
antinômio, ferro e prata,
substâncias que sofrem
contração durante a fusão,
aumento de pressão provoca
diminuição da temperatura de
fusão.
Neste caso, podemos perceber
que a curva de fusão é
decrescente.
Diagrama de Fases
2. Curva de vaporização: (situada entre as regiões de fase líquida
e gasosa)
É formada pelos pontos
(pressão e temperatura) em
que coexistem em equilíbrio
as fases líquida e gasosa da
substância representada no
gráfico.
Como para qualquer
substância um aumente de
pressão provoca também
um aumente na temperatura
de ebulição, podemos notar
que o gráfico é sempre
crescente.
Diagrama de Fases
3. Curva de ebulição: (situada entre as regiões de fase sólida e
gasosa).
É formada pelos pontos
(pressão e temperatura) em
que coexistem em equilíbrio
as fases sólidas e gasosas
da substância representada
no gráfico.
Como para qualquer
substância um aumento de
pressão provoca um
aumento na temperatura de
sublimação, podemos notar
que essa curva é sempre
crescente.
Diagrama de Fases
4. Ponto Triplo (T)
Também denominado ponto
tríplice, corresponde à
intersecção das curvas de
fusão, vaporização e
sublimação.
Como consequência,
representa a temperatura e
a pressão em que coexistem
em equilíbrio as fases
sólidas, líquidas e gasosas
de uma substância.
Diagrama de Fases
O ponto tríplice de algumas substâncias é
mostrada na tabela a seguir:
Diagrama de Fases
5. Ponto crítico (C)
É o ponto da curva de
vaporização
caracterizado pela
temperatura acima da
qual uma substância só
pode existir na forma
de gás.
Diagrama de Fases
É importante, no entanto, notar quer o vapor e gás
constituem a mesma fase da matéria de uma
substância.
A diferença principal entre eles é que o gás pode ser
liquefeito por redução de temperatura à pressão
constante, mas não somente por compressão
isotérmica,
Enquanto o vapor pode ser condensado por
compressão à temperatura constante ou por
resfriamento á pressão constante.
Diagrama de Fases
O ponto crítico de algumas substâncias é
mostrada na tabela abaixo:
Diagrama de Fases
Pela distinção existente entre o gás e vapor,
agora podemos estabelecer a diferença
entre a liquefação e condensação – termos
usados para a mudança da fase gasosa para
a fase liquído de uma substância.
Gases sofrem liquefação
Vapores sofrem condensação.
Você Sabia?
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