TERMODINÂMICA Estudo dos gases

1. TERMODINÂMICAEstudo dos gases

2. TERMODINÂMICA • A Termodinâmica (do grego therme= calor e dynamis=movimento) é o ramo da Física que estuda os efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão, empregados em sistemas físicos em escala macroscópica. • De uma forma mais simples, a termodinâmica procura explicar os mecanismos de transferência de energia térmica a fim de que estes realizem algum tipo de trabalho. • Ela não trabalha com modelos da microestrutura da substância e tampouco é capaz de fornecer detalhes desse tipo de estrutura, mas uma vez que alguns dados sejam conhecidos, algumas propriedades podem ser determinadas.

3. O estado gasoso COREL/CID JOSÉ GIL/SHUTTERSTOCK 1 Estudo dos gases

4. Definição • Osgases representam o estado físico da matéria  cujos valores de volume, densidade ou forma própria não são definidos. • Apresentam alto grau de desordem causado pelo deslocamento livre das partículas que os constituem (átomos, moléculas ou íons  – geralmente moléculas) e são objetos de estudos por possuírem grande aplicabilidade no cotidiano, e por ser a camada material na qual mais mantemos contato, afinal, normalmente todo o nosso corpo fica em contato com gases (ar atmosférico).

5. Gás e Vapor • A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica. • O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão. • Com o gás não ocorre o mesmo. • Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com o gás seja diferente do vapor.

6. O estado gasoso • Pressão (p) • Volume (V) • Temperatura (T) • A transformação gasosa ocorre quando pelo menos uma das variáveis de estado se modifica. Variáveis de estado 1 Estudo dos gases

7. Estados físicos da matéria Gás Evaporação (líquido em gás) Sublimação (sólido em gás ou gás em sólido) Condensação (gás em líquido) Sólido Líquido Congelamento (líquido em sólido) Fusão (sólido ou vidro em líquido) 1 Estudo dos gases

8. Gases reais vs gases ideais • Em um gás real, as moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas. • Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam. 1 Estudo dos gases

9. Transformações gasosas • Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece constante. • Isobáricas: a pressão é mantida constante. • Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o volume permanece constante. 1 Estudo dos gases

10. Transformação isotérmica • Lei de Boyle:a pressão exercida por um gás ideal é • inversamente proporcional ao seu volume. • p V = constante Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isotérmica, temos: pAVA =pBVB DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES 1 Estudo dos gases

11. Transformação isotérmica 3p p T T 3V V 1 Estudo dos gases

12. Transformação isotérmica • Isotermas p T3 T2 T1 V 1 Estudo dos gases

13. Transformação isobárica • Experimento de Joseph-Louis Gay-Lussac para transformações a pressão constante DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES 1 Estudo dos gases

14. Transformação isobárica • Lei de Charles e Gay-Lussac:o volume ocupado por um gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins). • V = k T • (k = constante) • Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos: 1 Estudo dos gases

15. Dilatação dos gases • Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o mesmo coeficiente de dilatação volumétrica. 1 Estudo dos gases

16. Transformação isovolumétrica Tubo de vidro DORLING KINDERSLEY Manômetro 1 Estudo dos gases

17. Transformação isovolumétrica • Lei de Charles para transformações a volume constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins): • p = k T • (k = constante) • Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos: 1 Estudo dos gases

18. Equação de um gás ideal

19. Alteração simultânea das três variáveis deestado de um gás mM n= • Número de Avogadro: 6,023  1023 • Mol: 1 mol contém 6,023  1023 partículas (átomos, moléculas, elétrons etc.) • Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas, medida em gramas. • Número de mols (n): 2 Equação de um gás ideal

20. Analisando a densidade e a massa molar MB = MA mB = mA 1 3 1 3 • Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa molar M. 2 Equação de um gás ideal

21. Analisando as transformações isobáricas • Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura do sistema. 2 Equação de um gás ideal

22. Analisando as transformações isotérmicas • Sob temperatura constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão do sistema. 2 Equação de um gás ideal

23. Equação de Clapeyron • As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos gases perfeitos (ou ideais): • p V = n R T 2 Equação de um gás ideal

24. Lei geral dos gases ideais (ou perfeitos) • Igualando I e II, chegamos à lei geral dos gases ideais: 2 Equação de um gás ideal