Estudo dos gases

Transformações Gasosas

Todo gás é constituído de partículas (moléculas) que estão em contínuo movimento desordenado. Esse movimento de um grande número de moléculas provoca colisões entre elas e, por isso, sua trajetória não é retilínea num espaço apreciável, mas sim caminham em ziguezague. Essas colisões podem ser consideradas perfeitamente elásticas.O estado em que se apresenta um gás, sob o ponto de vista microscópico, é caracterizado por três variáveis: pressão, volume e temperatura. São denominadas variáveis de estado.

Volume: O volume de qualquer substância é o espaço ocupado por esta substância. No caso dos gases, o volume de uma dada amostra é igual ao volume do recipiente que a contém.

As unidades usuais de volume são:

• litro (L)
• mililitro (ml)
• metro cúbico (m3) SI (Sistema Internacional)
• decímetro cúbico (dm3) = L
• centímetro cúbico (cm3) = ml

Temperatura: É a medida do grau de agitação térmica das partículas que constituem uma substância.No estudo dos gases, é utilizada a escala absoluta ou Kelvin (K) e, no Brasil, a escala usual é a Celsius ou centígrada (°C).
Portanto, para transformar graus Celsius (t) em Kelvin, temos:

T (K)= T(°C)+ 273,15

T = 0 °C = 273,15 K

Pressão: A pressão é definida como força por unidade de área. No estado gasoso, a pressão é o resultado do choque de suas moléculas contra as paredes do recipiente que as contém.A medida da pressão de um gás é feita através de um aparelho chamado manômetro.O manômetro é utilizado na medida da pressão dos gases, dentro de recipientes fechados. É formado por um tubo em U, contendo mercúrio.
Encontramos dois tipos de manômetro:

1. Com extremidade aberta

2. Com extremidade fechada

As unidades de pressão usuais são:

• Pa (Pascal) SI (Sistema Internacional)
• atm (atmosfera)
• mmHg (milímetros de mercúrio)
• Bar
• torr (Torricelli).
• KPa (Quilopascal)
• cmHg (centímetros de mercúrio)

101325 Pa = 1 ATM 

1 Pa = 0,01 KPa
1 Pa = 0,00010 Bar
1 Bar = 100000 Pa
1 Bar = 0.9869 atm
1 mmHg = 133,3 Pa
1 atm = 1,01325 Bar
1 atm = 101325 kPa

1 atm = 760 mmHg

1 mmHg = 1 torr

Escala de temperatura

Observe o ponto de congelamento e o ponto de ebulição para cada escala; estes são os pontos de referência. De acordo com a imagem, a água entra em ebulição em 100°C (373 K) e congela em 0°C (273 K). Vamos às definições:

• Kelvin: escala de temperatura absoluta ou escala termodinâmica, cujo símbolo é K, no qual o ponto triplo da água tem o valor de 273,16 K.
• Fahrenheit: escala termométrica de símbolo F, no qual 32° F é o ponto de congelamento da água e 212° F é o ponto de ebulição da água. 
• Celsius: escala de temperatura, símbolo C, no qual 0° C é o ponto de congelamento da água e 100° C é o ponto de ebulição da água. 

Na escala termométrica, o intervalo entre o ponto de ebulição e o ponto de congelamento da água é dividido em 100 intervalos, denominados graus. 

Escalas termométricas Escala de ---> Celsius Kelvin Fahrenheit Rankine Unidade (símbolo) grau Celsius (°C) kelvin (K) grau Fahrenheit (°F) grau Rankine (°R) Temperatura de ebulição da água 100 °C 373,15 K 212 °F 671,67 °R Temperatura de fusão do gelo 0 °C 273,15 K 32 °F 491,67 °R Número de divisões da escala entre os dois pontos anteriores 100 100 180 180 Zero absoluto – 273,15 °C 0 K – 459,67 °F 0 °R Variação de temperatura: 1 °C = 1 K = 1,8 °F = 1,8 °R

Expressões de conversão de temperaturas

escala de Kelvin escala de Celsius	escala de Fahrenheit escala de Celsius	escala de Rankine escala de Celsius
T= T (°C)– 273,15	T = 5/9 (F – 32)	T = 5/9 R – 273,15

O zero absoluto, ou zero kelvin (0 K), corresponde à temperatura de -273,15 °C ou -459.67 °F, 0 °Ra ou -218,52 °Ré

O zero absoluto é um conceito no qual um corpo não conteria energia alguma. Todavia, as leis da Termodinâmica mostram que a temperatura jamais pode ser exatamente igual a zero Kelvin, ou -273,15 °C; este é o mesmo princípio que garante que nenhum sistema tem uma eficiência de 100%, apesar de ser possível alcançarem-se temperaturas próximas de 0 K, ou para ser mais exato, chegou-se a -273,12 °C. Ainda que alguns objetos possam ser resfriados a esse ponto, para um corpo chegar ao zero absoluto, não poderá conter energia sobre o mesmo.

Teoria cinética dos gases

Características de uma substância no estado gasoso - Não tem forma e nem volume próprios. Um gás tem a forma do recipiente onde está contido e ocupa todo o espaço limitado pelas paredes do recipiente. O volume de um gás é o volume do recipiente onde está contido.
Modelo do estado gasoso (teoria cinética dos gases) - Um gás é constituído por moléculas isoladas, separadas umas das outras por grandes espaços vazios em relação ao seu tamanho e em contínuo movimento de translação, rotação e vibração.

Gás ideal

Gás ideal ou gás perfeito - É um modelo teórico. É um gás que obedece às equações p·V/T = k e p·V = n·R·T, com exatidão matemática.
Na prática, temos gases reais. Um gás real tende para o gás ideal quando a pressão tende a zero e a temperatura se eleva.
Obedece rigorosamente às Leis Físicas dos Gases em quaisquer condições de temperatura e pressão.

Gás Real - Não segue o comportamento do gás ideal, principalmente em pressões muito altas e/ou em temperaturas baixas, porque ocorre alta redução de volume e as partículas, muito próximas, passam a interferir umas no movimento das outras.

Um gás real aproxima-se do comportamento de um gás ideal à medida que diminui a pressão e aumenta a temperatura.

Lei de Boyle- Mariotte 

A temperatura constante, uma determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional à pressão exercida sobre ele.
Esta transformação gasosa, onde a temperatura é mantida constante, é chamada de transformação isotérmica.

Experiência da Lei de Boyle-Mariotte:

A lei de Boyle-Mariotte pode ser representada por um gráfico pressão-volume. Neste gráfico, as abscissas representam a pressão de um gás, e as ordenadas, o volume ocupado.

A curva obtida é uma hipérbole, cuja equação representativa é PV = constante. Portanto, podemos representar:

Lei de Charles e Gay-Lussac 

Com a introdução da escala absoluta, as leis de Charles e Gay-Lussac foram assim enunciadas:

A pressão constante, o volume ocupado por uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

Esta transformação gasosa, onde a pressão é mantida constante, é chamada de transformação isobárica.

As relações entre volume e temperatura podem ser representadas pelo esquema:

Graficamente, encontramos:

A reta obtida é representada pela equação:

V = (constante) · T ou V/T = constante

Com isso, ficamos com:

“O volume constante, a pressão exercida por uma determinada massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.”

Esta transformação gasosa, onde o volume é mantido constante, é denominada de transformação isocórica, isométrica ou isovolumétrica.

As relações entre pressão e temperatura são representadas a seguir:

Graficamente, encontramos:

A reta obtida é representada pela equação:

P = (constante) · T ou P/T = constante

Com isso, ficamos com:

Equação geral dos gases perfeitos

Esta equação é utilizada quando ocorre transformação gasosa em que as três variáveis de estado (P, V e T) se modificam simultaneamente.

Ela é obtida por meio da relação matemática entre as transformações gasosas estudadas anteriormente.

ISOBÁRICA (p1 = p2)	V1 —— T1 = V2 —— T2	lei de Charles e Gay-Lussac
ISOCÓRICA (V1 = V2)	p1 —— T1 = p2 —— T2	lei de Charles e Gay-Lussac
ISOTÉRMICA (T1 = T2)	p1·V1 = p2·V2	lei de Boyle

Então:

Fonte

• http://www.fisica.net/quimica/resumo17.htm
• http://www.profpc.com.br/gases.htm 
• http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/escalas-temperatura.htm 
• http://www.guia.heu.nom.br/escalas_de_temperatura.htm 
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Zero_absoluto