FÃSICO-QUÃMICA LICENCIATURA EM FÃSICA

FÍSICO-QUÍMICALICENCIATURA EM FÍSICA Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin

ESTUDO DOS GASES • Gases apresentam propriedades bem diferentes dos sólidos e dos líquidos: • não têm volume próprio, • não têm forma própria • apresentam grande compressibilidade e expansibilidade • a vaporização é acompanhada de um enorme aumento de volume. http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

GASES IDEAIS • Modelo gasoso: a teoria cinética dos gases. • As moléculas de um gás estão em contínuo movimento e separadas entre si por grandes espaços vazios em relação ao tamanho delas. • As moléculas são completamente livres em seu movimento e as colisões intermoleculares são perfeitamente elásticas. http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS • O estado de um gás é definido pelas grandezas físicas pressão, volume e temperatura. • Assim, se conhecemos a pressão (p), o volume (V) e a temperatura (T) em que um gás se encontra num determinado momento, dizemos que seu estado é definido. • Se pelo menos uma dessas grandezas variar, o gás já estará em outro estado. Por isso p, V e T são denominadas variáveis (funções) de estado. http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS • Volume (V): • expressa o espaço ocupado pelo gás. • O volume do gás é medido pelo volume do recipiente que o contém. • As unidades usuais de medida são o metro cúbico (m3), o litro (L), igual a 1 dm3, e o mililitro (mL), igual a 1 cm3. http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS • Pressão (p) de um gás: • resulta da colisão das moléculas contra as paredes do recipiente. • É a força por unidade de superfície (P = F/A) exercida pelas moléculas do gás contra a parede do recipiente onde está contido. • Unidade SI: Pascal (Pa), igual a 1 N / m2. Outras unidades: atmosferas (atm), milímetros de mercúrio (mmHg) e torricelli (torr). • 1 atm = 760 mmHg = 760 torr » 105 Pa http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS • Temperatura (T) de um gás: • é uma medida do seu estado de agitação molecular e da energia associada ao movimento dessas partículas. • medida em Kelvin (K) ou graus Celsius (oC). • 0 K (zero absoluto) = -273oC http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS • Condições normais de temperatura e pressão (CNTP) • T = 0oC ou 273 K – “temperatura normal” • p = 1,00 atm ou 760 mmHg – “pressão normal” • Quando estas condições são satisfeitas, dizemos que o gás está nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP). http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

LEI DE BOYLE • TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA: • Para T constante, o volume ocupado por uma quantidade fixa de um gás é inversamente proporcional à sua pressão. • p1V1 = p2V2 ou pV = K

LEIS DE CHARLES E GAY-LUSSAC • TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA (ISOMÉTRICA OU ISOVOLUMÉTRICA): • Para V constante, a pressão de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. • p1/T1 = p2/T2 ou p/T = K

LEIS DE CHARLES E GAY-LUSSAC • TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA: • Para P constante, o volume de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. V1/T1 = V2/T2 ou V/T = K • A partir destas leis é possível chegar à equação geral dos gases ideais: p1V1/T1 = p2V2/T2

VOLUME MOLAR • É o volume ocupado por um mol de moléculas de uma substância. • Hipótese de Avogadro • Volumes iguais de gases diferentes, medidos nas mesmas p e T, têm o mesmo número de moléculas. • PARA GASES IDEAIS: • 1 mol de moléculas de qualquer substância no estado gasoso ocupa o volume de 22,4 L nas CNTP.

EQUAÇÃO DE ESTADO DO GÁS IDEAL • EQUAÇÃO DE CLAPEYRON: pV = nRT • n = número de mols • R = constante universal dos gases. • Esta constante R é a constante K, da equação geral dos gases ideais, no caso particular da quantidade do gás ser igual a 1 mol. • Valores de R: 0,082 atm.L.mol-1.K-1 62,3 mmHg.L.mol-1.K-1

GASES REAIS • Interações Moleculares • PV=nRT funciona perfeitamente com • P < 1 atm e • T >> Tcond • pressão baixa reduz a probabilidade de colisões entre as moléculas • alta T aumenta a velocidade das moléculas, ou seja, diminui as interações intermoleculares • uma molécula com alta velocidade (elevada Ec), passa por outra molécula sem sofrer desvios consideráveis ou atrações.

GASES REAIS • Fator de compressibilidade • Há uma grandeza chamada fator de compressibilidade (z) que podemos expressar por:

GASES REAIS • Para gases ideais, Z = 1 sob quaisquer T, V e p. • Experimentalmente, Z desvia-se de 1 a p altas e T baixas

GASES REAIS • Equação do Virial • pVm = RT(1 + B´p + C´p2 + ...) • pVm = RT (1+ B/Vm + C/Vm2 + ...) • B e C são coeficientes viriais

Tabela: Constantes de van der Waals

Fluído Supercrítico: passa da região de líquido para a região de gás sem atravessar a fronteira que representa a transição de fases, isto é, a mudança ocorre continuamente, sem a identificação de duas fases coexistindo.

Exercícios 1- Um mol de CO2 , a 27,5 C ocupa 137,69 cm3. Se gás obedece a equação de van der Waals, qual é a pressão em Pa. 2- Calcule a pressão exercida por 1,0 mol de H2S, comportando-se como : (a) um gás perfeito, (b) um gás de van der Waals, quando está confinado nas seguintes condições: (i) a 273,15 K em 22,4 L (ii) a 500 K em 150cm3. a= 4,484 atm L2 mol-2 ; b= 4,34x10-2 L.mol-1

GASES REAIS

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