Introdução as propriedades dos gases

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Tabela 2 – Prefixos utilizados com unidades SI e métricas

I.4 – Temperatura A temperatura (T) é a propriedade que nos indica o sentido do fluxo de energia através de uma parede rígida e termicamente condutora.

Figura 3 - Quando duas regiões estão em contato através de uma fronteira diatérmica, a energia passa, na forma de calor, da região de T mais elevada para a de T mais baixa, como em (a) e (c). Quando as duas temperaturas forem iguais, não há transferência de energia na forma de calor  EQUILÍBRIO TÉRMICO.

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*Fronteira Diatérmica: permeável ao calor.

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

Figura 4 - Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e se B está em equilíbrio térmico com um corpo C, então C também está em equilíbrio térmico com A.

A lei zero é a base do conceito de temperatura e justifica o uso de termômetros como instrumentos de medida de temperatura.

Escala Celsius de temperatura (C): é determinada pelo comprimento da coluna do líquido no capilar em contato com o gelo em fusão (zero da escala) e pelo comprimento da mesma coluna em equilíbrio com a água em ebulição. A diferença entre os dois comprimentos é dividida em 100 partes iguais e cada parte é um “grau”.

A pressão de um gás pode ser usada para se construir uma escala de temperatura de gás perfeito que é independente da natureza do gás. A escala do gás perfeito é idêntica à Escala de temperatura termodinâmica (dada em kelvins, K).

T (K) = T (C) + 273,15

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I.5 – Quantidade de substância ou quantidade de matéria

O MOL é a unidade usada quando se informa o valor da propriedade física quantidade de substância (n) em uma amostra.

Um MOL de uma substância qualquer é a massa dessa substância que contém tantos átomos (moléculas, íons ou quaisquer outras entidades) quantos são os átomos em exatamente 12 g de carbono 12.

Determinou-se experimentalmente que o número de átomos em 1 mol de carbono 12 é 6,0221367 x 1023 (Número de Avogadro - NA).

MASSA MOLAR (M) de uma substância é a massa em gramas ou kilogramas de 1 mol da substância. m = n x M onde: m é a massa da amostra (g); n é a quantidade de substância (mol) e M é a massa molar (g mol-1).

Assim: n =

M m

O DALTON (Da) é a unidade usada como abreviatura para g mol-1 (1 Da = 1 g mol-1), especialmente em aplicações biofísicas.

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II. AS PROPRIEDADES DOS GASES

O estado de qualquer amostra de uma substância pode ser especificado através dos valores das seguintes propriedades: volume, pressão, temperatura e número de mols da substância na amostra. No entanto, um fato experimental que se verifica na natureza é que essas quatro grandezas não são independentes entre si. As substâncias obedecem a uma equação de estado, da forma: P = f(n, V, T) Qual é a relação matemática entre as quatro propriedades que define o estado de um gás?

II.1- As leis empíricas dos gases A equação de estado de um gás em baixas pressões foi um dos primeiros resultados estabelecidos na físico-química. As experiências originais foram feitas por Robert Boyle no século XVII e retomadas no século XVIII, quando o interesse no assunto ressurgiu devido aos primeiros vôos em balões (a procura por mais conhecimento a respeito da resposta dos gases a variações de pressão e temperatura).

II.1.1- Lei de Boyle (a compressibilidade dos gases) Químico inglês Robert Boyle (1627-1691)

“À temperatura constante, a pressão de uma determinada quantidade de gás é inversamente proporcional ao seu volume”

V

P

1



ou

P

V

1



ou PV = constante (n e T constantes)

A Figura 5 ilustra a variação da pressão de uma amostra de gás quando o volume se altera. Cada curva do gráfico corresponde a uma temperatura fixa e é chamada de isoterma. A Figura 6 representa a variação da pressão com o inverso do volume.

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Figura 5- Dependência entre a pressão e o volume de uma quantidade fixa de gás perfeito, em temperaturas diferentes. Cada curva é uma hipérbole (PV = constante) e é chamada de ISOTERMA.

Figura 6- Retas obtidas ao se representar a pressão em função de 1/V, a temperatura constante.

Pode-se prever a pressão de um gás quando seu volume é variado e vice-versa.

P1 V1 = P2 V2 ( n e T constantes)

II.1.2- Lei de Charles e de Gay-Lussac (efeito da temperatura no volume de um gás) Os Físicos franceses Jacques Alexandre Charles (1746-1823) e Louis Gay-Lussac (17781850) estudaram o efeito da temperatura sobre o volume de uma amostra de gás mantida a pressão

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