ESTUDO DOS GASES: EQUAÇÃO GERAL DOS GASES

...

O estudo dos gases teve início após a primeira medição da pressão atmosférica feita por Torricelli em meados do século XVIII, sendo assim, podemos definir o estudo dos gases como a relação entre as grandezas macroscópicas dos gases.

As grandezas trabalhadas no estudo dos gases são chamadas de variáveis de estado e são elas: pressão, volume e temperatura. O volume de um gás é o volume ocupado por ele propriamente dito, pois, não possui volume ou formas próprias. A pressão surge dos choques das moléculas dos gases com paredes dos recipientes. A temperatura é a agitação das moléculas dos gases que definem sua temperatura, esta será dada sempre em Kelvin.

Para simplificar o estudo dos gases, Boltzmann (físico e professor austríaco nascido em 20 de fevereiro de 1844 em Viena) e Maxwell (professor, filósofo, astrônomo, físico e matemático escocês nascido em 13 de junho de 1831 em Edimburgo) desenvolveram axiomas básicos, cujo conjunto constitui a Teoria Cinética dos gases, os gases regidos por esses axiomas são chamados de gases perfeitos ou ideais.

Com relação à Lei dos Gases Ideais, podemos dizer que ela nos mostra a relação entre pressão, volume, temperatura e número de mols. Essa relação é obtida a partir de um modelo simples para os gases, que permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas. A teoria cinética dos gases se baseia em quatro postulados: o gás é formado por moléculas que se encontram em movimento desordenado e permanente. Cada molécula pode ter velocidade diferente das demais; cada molécula do gás interage com as outras somente por meio de colisões (forças normais de contato). A única energia das moléculas é a energia cinética; todas as colisões entre as moléculas e as paredes do recipiente que contém o gás são perfeitamente elásticas. A energia cinética total se conserva, mas a velocidade de cada molécula pode mudar. as moléculas são infinitamente pequenas. A maior parte do volume ocupado por um gás é espaço vazio.

Partindo desses postulados, Boltzmann e Maxwell mostram que a energia cinética média do total de moléculas de um gás ideal é proporcional à temperatura.

Os gases podem sofrer transformações quando houver mudança de estado devido à alteração de suas variáveis, conforme quadro abaixo.

Quadro 1. Tipos de Transformações

TRANSFORMAÇÕES

COMO OCORRE

LEI

Isotérmica

A temperatura constante

Boyle

Isobárica

Sob pressão constante

Gay-Lussac

Isométrica

O volume constante

Charles

Fonte: Temas de Física 2 págs. 86 (Bonjorno Clinton)

A Transformação Isométrica , também conhecida como Lei de Charles por ter sido inventada pelo francês Jacques Alexandre César Charles, químico e físico, nascido em Beaugency, em 12 de novembro de 1746, Charles morre em 1823 deixando um legado na área de balões de ar quente , determinou também a densidade da água em várias temperaturas , e sua contribuição mais conhecida foi no campo dos gases e a lei diz que uma transformação gasosa em que a pressão e a temperatura se modificam e o volume permanece constante (condições isométrica). Aplicando a Equação Geral dos Gases temos: p1.T1 = p2 . T2

A transformação isobárica, conhecida por Lei de Gay – Lussac foi formulada por Louis Joseph Gay-Lussac, francês, nascido em 06 de dezembro de 1778, químico, e professor de física, membro da academia de ciências de Paris, em sua experiência, desenvolveu também a Lei Volumétrica. Sua tese foi publicada em 1808 e envolvia a reação entre oxigênio e hidrogênio. Foi a partir desta experiência que seu nome passou a ser usado como unidade de medida de volume de álcool. Esta unidade mede o volume de teor alcoólico das bebidas. É geralmente expressa em graus, assim usa-se graus Gay-Lussac, morre em 1850, a lei isobárica diz que uma transformação gasosa, em que o volume e a temperatura se modificam e a pressão se mantém constante, aplicando a Equação Geral dos Gases temos: V1/T1 = V2/T2.

A Transformação Isotérmica, conhecida como Lei de Boyle, foi formulada por Robert Boyle, nascido em 25 de janeiro de 1627, em Linsmore ,Irlanda, considerado um dos pais da química moderna, contribuiu no estudo experimental, foi um dos fundadores da Sociedade Real de Londres, morre em 1691, a Lei de Boyle diz que sob temperatura constante (condições isotérmicas), a pressão e o volume variam. Aplicando a Equação Geral dos Gases temos: p1.V1 = p2 . V2

Destas três transformações acima citadas surge a Equação Geral dos Gases p1 . V1 = p2 . V2 , Onde “p” é a pressão, “V” volume e “T” é a temperatura.

T1 T2

- Metodologia

A metodologia empregada para demonstrar a Lei de Boyle foi o estudo laboratorial.

Para a realização deste trabalho foram empregados os seguintes materiais: fogareiro, 01 garrafa plástica com volume de 2 litros, 01 garrafa plástica com volume inicial de 2L acrescido 250ml de água dentro desta garrafa a qual assume o volume gasoso de 1,75L , 01 recipiente resistente ao frio com água gelada, 01 recipiente resistente ao calor com água quente, 01 bexiga de borracha número 6, 01 Manômetro de 01 BAR de pressão, 01 Termômetro digital – 50º C a 300º C, a fonte de calor utilizada foi um maçarico.

O Procedimento experimental foi executado com o termômetro, o manômetro instalado na área superior da primeira garrafa, foi acrescentado a esta garrafa 250 ml de água de forma que seu volume passou a ser de 1,75L, não houve fuga de pressão durante a experiência. A bexiga foi instalada sobre o gargalo da segunda garrafa.

As duas garrafas foram colocadas dentro do recipiente com 200ml de água quente com a chama do maçarico voltada ao recipiente. Foram feitas medições de temperatura e pressão na primeira garrafa enquanto na segunda garrafa foi observado o enchimento da bexiga. Após as medições as garrafas foram colocadas no recipiente