Sólidos, Líquidos e Gases

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1.1. Liberdade das Partículas em se Deslocarem

Gás: a separação entre as partículas é grande, não havendo restrição em seus movimentos. Líquido: as partículas possuem uma mobilidade intermediária; Sólido: as partículas interagem muito fortemente, estão presas de forma rígida uma às outras.

O estado mais simples da matéria é o gasoso o qual é formado por um conjunto de moléculas ou átomos em movimento aleatório, cujas velocidades aumentam com a temperatura. Para um gás, as moléculas se encontram distantes o suficiente uma das outras de forma que são pouco perturbadas pelas forças intermoleculares.

Todos os gases têm as seguintes características físicas: i) tomam a forma e o volume dos recipientes que os contém; ii) o estado gasoso é o mais compressível dos estados da matéria; iii) os gases misturam-se completamente e de modo homogêneo, quando confinados no mesmo recipiente; iv) os gases tem densidade muito mais baixas que os líquidos e os sólidos.

1.2. Propriedades dos Gases

O estado físico de uma substância é definido como a condição específica daquela substância que é descrita em termos das seguintes propriedades físicas: V, volume que a amostra ocupa; p, pressão da amostra; T, temperatura da amostra; n, número de mols da substância na amostra.

Experimentalmente foi verificado que o estado físico de um gás puro é definido pelo volume que ele ocupa (V); pela quantidade de substância (número de mols, n); pela pressão (p) e pela temperatura (T), sendo que essas 4 grandezas não são independentes entre si. Cada substância é descrita por quatro variáveis onde conhecendo três delas, a quarta pode ser determinada. A equação que relaciona uma das quatro propriedades às outras 3 é definida como equação de estado, representada por: P = f (T, V, n)

A partir da equação acima é possível notar que conhecendo T, V e n é possível determinar o valor da pressão. Em poucos casos, como dos gases perfeitos, existe uma equação de estado específica que descreve suas propriedades como PV = nRT, que será abordada com mais detalhes, mais adiante. Ela é útil para descrever o comportamento dos gases que participam de uma reação e o comportamento dos mesmos na atmosfera, etc.

- Pressão de um gás

A pressão é uma variável importante a ser considerada. É definida como a força aplicada dividida pela área sobre a qual esta força atua. Para os gases, a força atuante são as colisões das moléculas com a parede do recipiente que as contém. As unidades mais comuns de pressão, de acordo com o SI são: o pascal (Pa) que é definido como:

1Pa = 1 N/m2 ou 1Pa = 1 Kg/ms2

1 atm = 1,01325 x 105 Pa

1 atm = 1,01325 x 102 kPa

1 bar = 105 Pa → pressão padrão representada por po

[pic 5](A)

[pic 6](B)

Figura 1: Esquema representativo de: (A) dois gases com diferentes pressões separados por uma parede móvel, (B) dois gases em equilíbrio mecânico.

Na figura 1, dois gases com diferentes pressões são separados por uma parede móvel. O gás A que possui maior pressão, expandirá e tende a comprimir o gás B aumentando a pressão de B. A pressão de A então diminuirá à medida que ele se expande. Os dois atingirão um estado (B) em que ambos possuirão a mesma pressão. Diz-se que existirá um equilíbrio mecânico entre os dois gases.

A pressão atmosférica é a pressão exercida pela atmosfera terrestre. Seu valor depende do local, temperatura e condições meteorológicas. A pressão atmosférica é medida por um barômetro, cuja versão original foi inventada por Torricelli. Era um tubo cheio de mercúrio selado em uma das extremidades. A outra, aberta, era mergulhada em uma cuba Tb cheia de Hg. Quando a coluna de Hg está em equilíbrio com a atmosfera, a pressão na base da coluna é igual à pressão exercida pela atmosfera. Logo, a altura da coluna é proporcional à pressão externa.

A pressão atmosférica-padrão (1 atm) é igual a pressão que suporta uma coluna do mercúrio com exatamente 760 mm de altura (76 cm) a 0ºC no nível do mar. Ou seja, 1 atm = 760 mm Hg (pressão exercida por uma coluna de mercúrio com 1 mm de altura).

Um manômetro é um dispositivo que serve para medir a pressão dos gases quando não se encontram na atmosfera. Há dois tipos de manômetros, o manômetro de tubo fechado que é geralmente utilizado para medir pressões inferiores à pressão atmosférica e o manômetro de tubo aberto, que é mais indicado para medir pressões iguais ou superiores à pressão atmosférica.

- Temperatura

No cotidiano a temperatura é uma indicação de um corpo estar quente ou frio e na ciência é uma propriedade de um objeto que determina em que direção a energia fluirá quando o mesmo entrar em contato com outro objeto.

A temperatura é uma propriedade importante que indica o sentido do fluxo de energia através de uma parede rígida e termicamente condutora. Se a energia passa de A para B, quando estão em contato, dizemos que A possui uma temperatura maior que B, conforme figura 2:

[pic 7]

Figura 2: Transferência de energia entre dois corpos com diferentes temperaturas.

Existem dois tipos de fronteiras: diatérmica (termicamente condutora) e adiabática (termicamente isolante). A primeira está presente quando ocorre uma mudança de estado ao colocar os dois corpos com diferentes temperaturas em contato. A segunda está presente em uma garrafa térmica, por exemplo, não há mudança de estado mesmo que os dois corpos possuam temperaturas diferentes. O equilíbrio térmico é atingido quando não há mudança de estado quando os dois corpos com diferentes temperaturas são colocados em contato através de uma fronteira diatérmica. Se A está em equilíbrio térmico com B e B com C, então A está em equilíbrio com C, conforme figura 3. Isto é o resumo da Lei Zero da Termodinâmica:

[pic 8]

Figura 3: Lei Zero da Termodinâmica.

Lei Zero da Termodinâmica.

"Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro,