Gases

Gases

 

Os gases fazem parte da nossa vida não só para respirar. Sem o peso do ar sobre a água líquida dos oceanos, mares, rios e lagos, eles se transformariam em vapor rapidamente.

 

Vários cientistas estudaram os gases e suas propriedades. Buscaram uma simplificação com o surgimento de um modelo teórico que explicasse um gás ideal ou gás perfeito.

 

 

 Um gás fica definido pelas três variáveis de estado:

-Pressão – unidade no SI: N/m2= Pa (a unidade usual, mais comum é atm)

-Volume – unidade no SI: m3 (a unidade usual, mais comum é o litro)

-Temperatura – unidade no SI: K (aqui não tem jeito, só pode ser escala absoluta).

Um gás é uma substância que se encontra acima da temperatura critica.

Para saber o estado físico de uma substância é preciso conhecer sua pressão e sua temperatura. Exemplo: a água a 30º C está em que estado? Pensamos logo em líquido, pois é o seu estado quando a pressão é 1 atm. Mas se mudarmos a pressão poderemos ter água a 30º C em outro estado. Observe o gráfico da pressão em função da temperatura para a água, a seguir.

Observe também o gráfico do gás carbônico.

 

Há detalhes importantes nesses gráficos:

- no gráfico da água a curva sólido-líquido cresce para esquerda, isto é, ao aumentarmos a pressão sobre um bloco de gelo ele derrete (tal fato não ocorre com o gás carbônico, por exemplo). Essa curva para a água é diferentes da maioria das outras substâncias.

- Há um ponto triplo. Ponto em que a substância pode estar em qualquer estado físico.

- Há uma temperatura crítica. É aquela em que a substância é gás e não muda de estado somente com variação de pressão.

 

Quando os gases estão confinados em recipiente providos de êmbolo, podemos modificar as condições de pressão, temperatura e volume. São as chamadas transformações gasosas.

As transformações são regidas por leis.

Lei de Boyle - Mariotte (mais conhecida como Lei de Boyle, somente)

Essa transformação é isotérmica (temperatura constante). O gráfico é uma hipérbole equilátera chamada curva isoterma.

Detalhe interessante: quanto mais afastada da origem mais alta é a temperatura.

Lei de Charles - Gay Lussac

Transformação isobárica (pressão constante)

Lei de Charles

Transformação isométrica, isovolumétrica ou isocórica (volume constante)

 

O físico que reuniu as leis anteriores em uma única foi Benoît Paul Émile Clapeyron. Sua fórmula é conhecida como: Equação de Clapeyron

Se pressão é uma grandeza inversa ao volume e direta à temperatura e o volume é diretamente proporcional à temperatura, pode-se escrever:

Onde: n = número de mols ;  m = massa ; M = mol ; R = constante

Valor de R:

Para: P = 1 atm; V = 22,4 L ; T = 0oC =273K ; n = 1 mol

ou no S.I.     

 

Transformação de um gás

Considere um gás ideal confinado em um cilindro nas condições iniciais de pressão, volume e temperatura. O gás é comprimido atingindo uma situação final. O número de mols não mudou, logo:

Obs.: Balões com registro

O balão A de volume VA possui nA mols e o balão B de volume VB possui nB mols de gás. A torneira é aberta. O número de mols final é n.

 

Caiu no Enem

O texto deve ser usado para as duas questões a seguir.

A panela de pressão permite que os alimentos sejam cozidos em água muito mais rapidamente do que em panelas convencionais. Sua tampa possui uma borracha de vedação que não deixa o vapor escapar, a não ser através de um orifício central sobre o qual assenta um peso que controla a pressão. Quando em uso, desenvolve-se uma pressão elevada no seu interior. Para a sua operação segura, é necessário observar a limpeza do orifício central e a existência de uma válvula de segurança, normalmente situada na tampa.

O esquema da panela de pressão e um diagrama de fase da água são apresentados abaixo.

 

1) A vantagem do uso de panela de pressão é a rapidez para o cozimento de alimentos e isto se deve

(A) à pressão no seu interior, que é igual à pressão externa.

(B) à temperatura de seu interior, que está acima da temperatura de ebulição da água no local.

(C) à quantidade de calor adicional que é transferida à panela.

(D) à quantidade de vapor que está sendo liberada pela válvula.

(E) à espessura da sua parede, que é maior que a das panelas comuns.

 Solução:

A vantagem da panela de pressão é que os alimentos em seu interior cozinham à temperaturas maiores do que 100º C. Pode- se observar no gráfico que à uma pressão de 2 atm água ferve a 120º C. Assim, gabarito letra B.

 

2) Se, por economia, abaixarmos o fogo sob uma panela de pressão logo que se inicia a saída de vapor pela válvula, de forma simplesmente a manter a fervura, o tempo de cozimento

(A) será maior porque a panela “esfria”.

(B) será menor, pois diminui a perda de água.

(C) será maior, pois a pressão diminui.

(D) será maior, pois a evaporação diminui.

(E) não será alterado, pois a temperatura não varia.

 Solução:

Durante a mudança de fase não ocorre variação de temperatura, logo gabarito E.

 

Os exercícios com cálculos sobre o tema remetem ao uso de:

    ou    

Exercício resolvido:

Um frasco para medicamento com capacidade de 50 mL, contém 35 mL de remédio, sendo o volume restante ocupado por ar. Uma enfermeira encaixa uma seringa nesse frasco e retira 10 mL do medicamento, sem que tenha entrado ou saído ar do frasco. Considere que durante o processo a temperatura do sistema tenha permanecido constante e que o ar dentro do frasco possa ser considerado um gás ideal.

Na situação final em que a seringa com o medicamento ainda estava encaixada no frasco, a retirada dessa dose fez com que a pressão do ar dentro do frasco passasse a ser, em relação à pressão inicial,

a) 60% maior.   

b) 40% maior.   

c) 60% menor.   

d) 40% menor.   

e) 25% menor.   

Solução:

O volume inicial  V1 de ar no frasco é V1 = 50 - 35 = 15 mL

Foram retirados 10 mL de líquido e o frasco não mudou de volume (veja na figura) o volume final do ar passa a ser V2 = 15 + 10 = 25 mL.

A temperatura é constante e sendo P1 a pressão no início e P2 no fim temos:

A pressão final é 60% da pressão inicial, isto é, 40% menor, em relação à pressão inicial.  

Letra D

 

 

 

 

 



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