GASES

Estudo dos Gases




Diagrama de Estado:

Denomina-se diagrama de estado o gráfico da pressão em função da temperatura de uma determinada substância.

Temos dois casos:





Observe que, conforme a pressão e a temperatura da substância, ela pode se apresentar nos estados: sólido, líquido ou gasoso.

Um ponto da curva de fusão representa as condições de existência dos estados sólido e líquido; da mesma forma, um ponto da curva de vaporização representa as condições de coexistência dos estados líquido e gasoso.

O ponto T chamado ponto triplo representa as condições de temperatura e pressão para as quais os estados sólidos, líquido e gasoso coexistem em equilíbrio.

Os gráficos mostram que podemos variar o estado físico de uma substância através de variações de pressão, de temperatura ou ambos.

Suponha por exemplo, uma substância no estado A(p A , t A ) da figura.






Essa substância, inicialmente no estado sólido, poderá passar ao estado líquido das seguintes maneiras:

• diminuindo-se a pressão (p A ® p B ), mantendo-se a temperatura constante (t A );

• aumentando-se a temperatura (t A ® t C ) e mantendo-se a pressão (p A );

• aumentando-se a temperatura (t A ® t D ) e diminuindo-se a pressão (p A ® p D ).

- Gás e Vapor:


A partir de uma determinada temperatura, característica de cada substância, denominada temperatura crítica (t C ), não pode mais ocorrer a vaporização e a condensação.

Isto é, para uma temperatura maior que a temperatura crítica, a substância encontra-se sempre no estado gasoso, qualquer que seja o valor da pressão.



Através da temperatura crítica podemos estabelecer a diferença entre gás e vapor.

Gás : é a substância que, na fase gasosa, se encontra em temperatura superior à sua temperatura crítica e que não pode ser liquefeita por compressão isotérmica.

Vapor : é a substância que, na fase gasosa, se encontra em temperatura abaixo de sua temperatura crítica e que pode ser liquefeita por compressão isotérmica.

- Estudo dos Gases

Os gases são constituídos de pequenas partículas denominadas moléculas que se movimentam desordenadamente em todas as direções e sentidos.

O estado de um gás é caracterizado pelo valor de três grandezas físicas: o volume V, a pressão p e a temperatura T, que são denominadas variáveis de estado de um gás.

O volume de um gás é devida aos choque das suas moléculas contra as paredes do recipiente, e a sua temperatura mede o grau de agitação de suas moléculas.

Em geral, a variação de uma dessas variáveis de estado provoca alteração em pelo menos uma das outras variáveis, apresentando o gás uma transformação e conseqüentemente um estado diferente do inicial.

As transformações mais conhecidas são:

Isotérmica
Ocorre à temperatura constante

Isobárica
Ocorre sob pressão constante.

Transformação
Isométrica ou Isocórica
Ocorre a volume constante.

Adiabática
Ocorre sem troca de calor com o meio externo.

OBS.: A pressão 1 atm e a temperatura 273K ou 0ºC caracterizam as condições normais de pressão e temperatura que indicamos CNPT.

- Leis das Transformações dos Gases:

a) Lei de Boyle - Mariotte: Suponha que uma determinada massa gasosa contida em um recipiente de volume V é submetida à pressão p. Como já foi visto, esta pressão p é devido aos choques das moléculas do gás contra as paredes do recipiente. Se diminuirmos o volume V, a freqüência de choques aumenta e, portanto, a pressão também aumenta.

Se durante o processo mantivermos a temperatura T constante, pode-se verificar que a pressão varia de uma forma inversamente proporcional ao volume. Esta conclusão representa a lei de Boyle-Mariotte e pode ser enunciada da seguinte forma:

Em uma transformação isotérmica, a pressão de uma dada massa de gás é inversamente proporcional ao volume ocupado pelo gás.

PV = constante

Esta constante depende da massa e da natureza do gás, da pressão e das unidades usadas.

A representação gráfica da pressão em função do volume é uma hipérbole equilátera chamada Isoterma.



Com o aumento da temperatura, o produto P.V torna-se maior e as isotermas se agastam da origem dos eixos.



- Lei de Gay: - Lussac: Suponha que uma determinada massa gasosa está contida em um cilindro provido de um êmbolo móvel, sujeito a uma pressão constante p exercida pela atmosfera.



Com o aquecimento do sistema, as moléculas do gás se agitam mais rapidamente, aumentando o número de choque contra as paredes do recipiente, deslocando o êmbolo móvel para cima até que haja um equilíbrio entre a pressão interna e a externa.

Desta maneira, à medida que aumentamos a temperatura do gás, ocorre aumento do volume por ele ocupado no cilindro, enquanto a pressão permanece constante.

Esta conclusão representa a lei de Gay-Lussac enunciada da seguinte forma:

Em uma transformação isobárica, o volume ocupado por uma dada massa gasosa é diretamente proporcional à temperatura.

= constante Nessa fórmula a temperatura deve ser dada em Kelvin

A representação gráfica de uma transformação isobárica é uma reta.




• Lei de Charles: Esta lei diz respeito às transformações isocóricas ou isométricas, isto é, aquelas que se processam a volume constante, cujo enunciado é o seguinte:

O volume constante, a pressão de uma determinada massa de gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta, ou seja:

= constante

Desta maneira, aumentando a temperatura de um gás a volume constante, aumenta a pressão que ele exerce, e diminuindo a temperatura, a pressão também diminui. Teoricamente, ao cessar a agitação térmica das moléculas a pressão é nula, e atinge-se o zero absoluto.

A representação gráfica da transformação isométrica é uma reta:



Equação Geral dos Gases Perfeitos:

Quando as três variáveis de estado de uma determinada massa de gás, pressão volume e temperatura, apresentarem variações, utiliza-se a equação geral dos gases que engloba todas as transformações vistas anteriormente.



A representação gráfica desta transformação pode ser mostrada em um gráfico de dois eixos cartesianos, considerando-se um feixe de isotermas, cada uma delas correspondendo a uma temperatura.

OBS.: Para o estudo dos gases criou-se um modelo teórico, chamado gás perfeito ou ideal, com as seguintes características:

- O movimento das moléculas é caótico, isto é, não existem direções privilegiadas. Seu movimento é regido pelos princípios da Mecânica Newtoniana.

- Os choques entre as moléculas e as paredes e entre as próprias moléculas são perfeitamente elásticos.

- Não existem forças de atração entre as moléculas, e a força gravitacional sobre elas é desprezível.

- O diâmetro da molécula é desprezível em comparação com a distância média que percorre entre as colisões.

- Equação de Clapeyron:

A equação de Clapeyron relaciona as variáveis da pressão, do volume e da temperatura, incluindo também a massa m da substância gasosa como variável, durante uma transformação.

Para se chegar à sua expressão analítica, é necessário relembrar os seguintes conceitos:

- O mol de qualquer gás contém o mesmo número de moléculas, chamado número de Avogadro (N = 6,023 . 10 23 moléculas)

- Moléculas-grama (M) é a massa em gramas de um mol, isto é, a massa em gramas de 6,023 . 10 23 moléculas.

- Volume molar é o volume ocupado por um mol de gás, independendo da natureza desse gás. Nas condições normais de pressão e temperatura, o volume de um mol de um gás perfeito vale 22,4 litros .

- O volume V 0 de um gás pode ser expresso pelo produto do número de moléculas-grama pelo, ou seja: V 0 = nv 0 onde n = nº de moléculas grama do gás. V 0 = volume do mol

- O número de mols de uma determinada massa m de um gás pode ser pode ser expresso por: n = m/M , onde n = número de mols

M = massa da molécula-grama

m = massa do gás

Consideremos a transformação de uma massa m de gás, de um estado qualquer (p, V, T) para estado definido pelas condições normais de pressão e temperatura (p 0 , V 0 , T 0 ).

Aplicando a equação geral dos gases perfeitos, vem:



As grandezas p 0 , V 0 e T 0 são constantes, pois referem-se às condições normais de pressão e temperatura. Logo, a expressão também é uma constante.

Fazendo-se R = , vem = nR ou pV = nRT Equação de Clapeyron

Como p 0 = 1,0atm; v 0 = 22,4 e T 0 = 273K, o valor de R é:

Constante universal dos gases perfeitos

O valor de R é o mesmo para todos os gases, dependendo apenas das unidades a serem utilizadas.

- Lei de Dalton

A Lei de Dalton refere-se às pressões parciais dos vários gases componentes de uma mistura gasosa.

Consideremos uma mistura gasosa contida em um recipiente rígido de volume V. Seja p a pressão exercida pela mistura.



Se por um processo qualquer deixamos no recipiente apenas as partículas de um dos gases componentes da mistura, retirando todas as outras, o gás que permaneceu ocupará sozinho todo o volume V do recipiente (propriedade dos gases) e exercerá uma pressão p 1 menor que p.



A esta pressão denominamos pressão parcial do gás 1 na mistura gasosa.

Pressão parcial de um gás é a pressão que este exerceria se ocupasse sozinho, a mesma temperatura, todo o volume da mistura gasosa a qual pertence.

Dalton chegou à conclusão que a soma das pressões parciais dos gases componentes de uma mistura gasosa é igual à pressão total exercida pela mistura, desde que os gases não reajam entre si.

P total = p 1 + p 2 + p 3 + ... + p n

Cálculo da Pressão Total: Num mesmo recipiente, misturamos os gases 1 , 2 e 3 em diferentes condições, conforme indica a figura:



Determinemos a pressão total p da mistura gasosa, admitindo que os gases não reajam entre si.

O número de mols total da mistura é: n = n 1 + n 2 + n 3 1

Pela equação de Clapeyron, temos

p1V1 = n1RT1 ® n1 = Substituindo-se em 1 , vem:

p2V2 = n2RT2 ® n2 = =+ +

p3V3 = n3RT3 ® n3 =

pV = nRT ® n =

- Teoria Cinética do Gás Perfeito:

• Introdução: A teoria cinética do gás perfeito foi desenvolvida a partir da aplicação das leis da Mecânica de Newton a sistemas microscópicos dos gases, ou seja, às suas partículas.

• Hipóteses: Algumas hipóteses forma atribuídas ao comportamento das moléculas de um gás perfeito:

- Todas as moléculas são idênticas, tendo a forma de “esferas rígidas”

- Todas as moléculas estão em movimento desordenado, em todas as direções.

- Os choques entre as moléculas e contra as paredes do recipiente são perfeitamente elásticos.

- Entre os choques as moléculas se movem em MRU.

- As moléculas não exercem forças de ação mútua entre si, exceto durante os choques.

- As moléculas têm dimensões desprezíveis em comparação com os espaços vazios que as separam.

• Pressão de um gás: As moléculas de um gás estão em constante e desordenados movimento, chocando-se com as paredes do recipiente, causando o aparecimento de uma força F, que age contra as paredes.

A relação entre a força f e a área A da parede corresponde à pressão p que o gás exerce sobre o recipiente (p = F/A).


onde: m = massa do gás.

V = volume da massa do gás.

v = velocidade média das moléculas do gás

A AGUA NA NATUREZA

A maior parte da água na Natureza é salgada, visto que as águas dos oceanos e mares constituírem cerca de 97% da quantidade total de água na Terra. Nem toda a água se encontra livre, visto que faz parte do solo, das plantas e dos animais. Apesar da maior parte da superfície da Terra ser coberta por água, o homem só pode dispor de uma pequena porção dessa água porque grande parte dela não possui as propriedades necessárias à sua utilização.

A AGUA NA NATUREZA

Na Natureza, a água pode apresentar-se nos estados líquido e gasoso. A água dos oceanos, dos mares, dos rios, das águas subterrâneas, da chuva, do orvalho e das nuvens encontra-se no estado líquido. A água da neve, do granizo e do gelo encontra-se no estado sólido. A água sob a forma de vapor de água é invisível e encontra-se no estado gasoso. Grande parte do vapor de água encontra-se na atmosfera.

Fases da Máteria

Estados físicos da matéria



Fases ou estados da matéria são conjuntos de configurações que objetos macroscópicos podem apresentar. O estado físico tem a relação com a velocidade do movimento das partículas de uma determinada substância. Canonicamente e segundo o meio em que foram estudados, são três os estados ou fases considerados: sólido, líquido e gasoso. Outros tipos de fases da matéria, como o estado pastoso ou o plasma são estudados em níveis mais avançados de física. As características de estado físico são diferentes em cada substância e depende da temperatura e pressão na qual ela se encontra.



Os estados físicos
Há muitas discussões sobre quantos estados da matéria existem, porém as versões mais populares atualmente são de que a matéria somente tem três estados: sólido, líquido e gasoso. Mas há também outros que, ou são intermediários ou pouco conhecidos. Por exemplo: os vapores, que nada mais são uma passagem do estado líquido para o gasoso na mesma fase em que o gás, porém quando está em estado gasoso, não há mais possibilidade de voltar diretamente ao estado líquido; já quando em forma de vapor, pode ir ao estado líquido, desde que exista as trocas de energia necessárias para tal fato. Por isto que diz-se comumente "vapor d´água" e não "água gasosa".
No estado sólido considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e a posição relativa de sua partícula. É particularmente estudado nas áreas da estática e da dinâmica.
No estado líquido, o corpo mantém a quantidade de matéria e aproximadamente o volume; a forma e posição relativa da partículas não se mantém. É particularmente estudado nas áreas da hidrostática e da hidrodinâmica.
No estado gasoso, o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar amplamente a forma e o volume. É particularmente estudado nas áreas da aerostática e da aerodinâmica.
O Plasma (ou quarto estado da matéria) está presente principalmente nas "TVs de plasma". Neste estado há uma certa "pastosidade" da substância, que permite uma maior e melhor resposta quando recebe informações decodificadas pelos feixes de luz emitidos pelos componentes da TV. É sabido que qualquer substância pode existir em três estados: sólido, líquido a gasoso, cujo exemplo clássico é a água que pode ser gelo, líquido a vapor. Todavia há muito poucas substâncias que se encontram nestes estados, que se consideram indiscutíveis a difundidos, mesmo tomando o Universo no seu conjunto. É pouco provável que superem o que em química se considera como restos infinitamente pequenos. Toda a substância restante do universo subsiste no estado denominado plasma.
O Condensado de Bose-Einstein é o quinto estado da matéria, e é obtido quando a temperatura chega a ser tão baixa que as moléculas entram em colapso.
O sexto estado da matéria, o Condensado Fermiônico , acontece quando certa materia é aquecida a ponto de suas moleculas ficarem completamente livres.

Mudanças de fase
Como a cada uma destas fases de uma substância corresponde determinado tipo de estrutura corpuscular, há vários tipos de mudanças de estruturas dos corpos quando muda a fase, ou de estado de aglomeração, da substância que são feitos. A mudança de fases ocorre conforme o diagrama de fases da substância. Mudando a pressão ou a temperatura do ambiente onde um objeto se encontra, esse objeto pode sofrer mudança de fase.
Fusão - mudança do estado sólido para o líquido.
Vaporização - mudança do estado líquido para o gasoso. Existem três tipos de vaporização:
Evaporação - as moléculas da superfície do líquido tornam-se gás em qualquer temperatura.
Ebulição - o líquido está na temperatura de ebulição e fica borbulhando, recebendo calor e tornando-se gás.
Calefação - o líquido recebe uma grande quantidade de calor em período curto e se torna gás rapidamente.
Condensação - mudança de estado gasoso para líquido (inverso da Vaporização).
Solidificação - mudança de estado líquido para o estado sólido (inverso da Fusão).
Sublimação - um corpo pode ainda passar diretamente do estado sólido para o gasoso.
Re-sublimação - mudança direta do estado gasoso para o sólido (inverso da Sublimação).

O gelo é isolante?

Como o gelo é menos denso, ao se formar ele fica na superfície e funciona como isolante térmico (como os esquimós já descobriram há muito tempo) fazendo com que a água abaixo da camada de gelo fique a uma temperatura maior que o 00C (para não congelar). Essa característica é praticamente exclusiva da água.

Achei uma explicação sobre o gelo ártico e sua função isolante, espero que possam entender melhor.

Oceano Ártico estará sem gelo até 2060 Medições feitas com satélites mostraram que o gelo do Oceano Ártico chegou ao seu segundo menor nível histórico. A superfície da área total de mar coberta por gelo em setembro de 2006 é a menor registrada na História à exceção da medida no mesmo mês de 2005, quando alcançou o menor nível já verificado.
Cientistas do Centro Nacional de Gelo e Neve dos Estados Unidos (NSIDC, na sigla em inglês) disseram que uma mudança súbita do tempo em agosto, que trouxe mais neve e baixou a temperatura, impediu que outro recorde fosse batido em setembro passado.
- Nesse ritmo, o Oceano Ártico não terá mais gelo em setembro por volta de 2060 - disse Juliene Strove, uma das integrantes do grupo de estudo do NSIDC.
O gelo do Ártico flutua no oceano e sua extensão varia naturalmente, de acordo com o ritmo das estações. O mínimo absoluto acontece no verão (no Hemisfério Norte), por volta de meados de setembro.
Porém, a elevação da temperatura tem causado um consistente declínio do nível de gelo durante os meses de verão e uma pequena taxa de recuperação no inverno.
Em todo o Ártico, há cada vez menos gelo no verão, desde que as medidas começaram a ser realizadas, em 1977.
Porém, a partir de 2002 cientistas detectaram uma significativa aceleração na taxa de perda de gelo no verão. Para eles, a causa é o aquecimento global.
Mark Serreze, um dos principais especialistas do NSIDC, disse que este ano teria facilmente superado 2005 em perdas se não fosse a súbita mudança do tempo. -
Se condições extremamente frias e severas de tempo não tivessem surgido em agosto, atenuando a redução de gelo, o gelo ártico continuaria a diminuir, afetando os padrões de clima - explicou S e rre z e .
O gelo do Ártico é importante porque funciona como uma espécie de isolante térmico, ao refletir os raios de sol e evitar que a água do mar absorva mais calor e esquente. Cientistas temem que quanto mais gelo for perdido, mais calor será absorvido e ainda mais gelo derreterá, num ciclo perigoso.
O Ártico tem registrado algumas das maiores elevações de temperatura no mundo, nas últimas décadas. Especialistas temem que seja um dos lugares mais afetados pelas mudanças climáticas. - O Ártico é o grande indicador das mudanças climáticas globais - afirmou Ted Scambos, glaciologista do centro americano.



Outra pergunta interessante é porque o iglu mantém aquecido os esquimós, se ele é feito de gelo?


O gelo é um péssimo condutor de energia (calor) ou bom isolante térmico. Dentro de um Iglu a temperatura, geralmente, fica a 0ºC. Bem para nós tal temperatura é infernal, mas para os esquimós não. 0ºC para eles é uma temperatura agradável. Lembre que a sensação de frio ocorre quando alguém vai para um lugar onde a temperatura é menor do que a que seu corpo está acostumado, portanto se um baiano e um esquimó estiverem em um lugar onde a temperatura é 5ºC o baiano vai estar morrendo de frio e o esquimó morrendo de calor.
Assim, a temperatura de 0ºC para que está acostumado a -20ºC é agradável, logo o esquimó não sente frio dentro do iglu e ficam até sem roupa lá dentro.P.S. O fato de não haver corrente de ar dentro do iglu não justifica o ambiente agradável, pois a temperatura em um local que venta é sempre menor do que um local onde não venta, mas a temperatura menor não que dizer que ela não seja agradável.


Comentários:

Amanda
É o mais interessante é que o homem sabe o quanto ele perde e vai continuar predendo, e mesmo assim ele não faz nada pra mudar isso.Talvez eu não esteja mais viva pra ver apesar de ser tão presente, os pinguins o ursos polares desaparecendo do nada.Hoje toda árvore rancada, todo rio poluido, toda geleira derretida, tudo isso trará consequencias...E talvez só depois que tudo isso for perdido, ai sim, talves o homem pare e pense!
Ha e quanto ao iglus os esquimós, é muito interessante poder ficar dentro de um iglu e não morrer congelado, o calor humano é de mais....

Comentários:Calor Especifico

• Raynne Gonçalves Martins:Na minha opinião Profº Leônico,Calor específico é uma grandeza fisica que define a variação termica de determinada substancia ao receber determinada quantidade de calor.



• Hipolyto:Raynne complementando o que você disse ,Pode-se dizer que o calor específico caracteriza uma substância em determinado estado físico.



• Felipe:então foi o que disse,é alias,Também é chamado de capacidade termica massica.



• Amanda:ah e,eu vi que É constante para cada substância em cada estado fisico,você sabe quais são neh?Liquido,solido e gasoso.



• Joneuma:HuAHAuHhsas...Então pelas explicações que foram passadas eu entendi o calor especifico é que Algumas substâncias são mais difíceis de se aquecerem do que outras. Se você coloca uma vasilha com água sobre uma chama e um bloco de ferro sôbre uma chama igual, o ferro fica em pouco tempo tão quente que faz ferver qualquer gota de água que nele respingue. A água da vasilha continuará tão fria que você pode mergulhar nela seus dedos .O ferro necessita de menos calor para elevar sua temperatura do que a água. Nós dizemos que o ferro tem menor calor específico. Calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar de um grau a temperatura da unidade de peso dessa substância. Entendeu? é mais ou menos assim.

Comentários:Calor Latente

• Joneuma:Pelo que entendi sobre o assunto de calor latente é que ele é é definido como o calor ganho ou perdido por um corpo durante uma mudança de estado, quando não resulta em nenhuma mudança de temperatura.eu estava pesquisando e vi que ele também é chamado de calor oculto.

• Raynne Gonçalves Martins:No meu entendimento ,Quando sob a pressão constante,uma determinada substancia recebe calor sensivel,sua temperatura aumenta.se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura.

• Amanda:Pra mim é mudança de estado ,quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura.

• Hypolito:concordo com Joneuma,Calor latente é aquele que provoca mudança de estado físico.

• Felipe:Pelo que eu estudei calor latente é a grandeza fisica que determina a quantidade de calor que a massa de uma determinada substancia deve receber para mudar de estado fisico.

• CONCLUSÃO DO GRUPO:
• O calor latente é aquele que faz com que se possa mudar o estado fisico uma determinada substância.