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terça-feira, 28 de fevereiro de 2017

1. Propriedades dos gases

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A proximidade dos átomos é o que define o estado da matéria. O estado da matéria pode ser:

  • Sólido
  • Líquido
  • Gasoso

A figura abaixo ilustra como se organizam os átomos nos diferentes estados da matéria. Consideremos que as esferas vermelhas representam os átomos/moléculas/íons.



(A) representa o estado gasoso, pois, nota-se uma maior desorganização e distância entre os átomos.

(B) representa o estado líquido, apesar da maior organização/compactação dos átomos nota-se que há espaço entre eles, portanto, eles estão em movimento e colidem uns com os outros.

(C) representa o estado sólido, isso é evidenciado porque as esferas vermelhas, que representam os átomos/moléculas, estão bastante compactadas e organizadas numa forma bem definida, geralmente, isto ocorre em formas geometricamente perfeitas. As partículas estão tão compactadas que não se movimentam ou se movimentam com velocidades muito baixas, por isso, eles adquirem uma forma sólida.

Em nível macroscópico as propriedades da matéria são estudadas de acordo com características de temperatura, pressão e volume. Já em nível microscópico o sistema é estudado em nível atômico/molecular, o que permite identificar que os parâmetros macroscópicos são estatísticos e estão relacionados a natureza atômica/molecular.



  • Propriedades intensivas: são aquelas que não dependem da massa da matéria, exemplos: temperatura e pressão.

  • Propriedades extensivas: são aquelas que dependem da massa, exemplos: a própria massa, volume e energia.

A razão de duas propriedade extensivas resulta numa propriedade intensiva, ou seja, a razão de duas propriedades que dependem da massa resultam numa propriedade que independe da massa. Exemplos:

Volume molar  =  V / n
Densidade = m / V
Massa molar = m / n

Se o que define o estado físico da matéria é a organização e o espaçamento dos átomo/moléculas, podemos concluir que a densidade nos diferentes estados físicos são diferentes, pois, o volume ocupado pelas partículas também é diferente, conforme ilustra a figura a seguir.


Os gases podem ser definidos com um conjunto de moléculas (ou átomos) em movimento permanente e aleatório, com velocidades que aumentam quando a temperatura se eleva. Já o gás ideal (também chamado gás perfeito) é aquele onde a energia de interação entre as moléculas é desprezível.

Assim como os líquidos, os gases são considerados um tipo de fluido, pois, assumem a forma do recipiente que os contem. 




PRESSÃO PARCIAL DOS GASES

Jhon Dalton foi um cientista inglês que ao estudar os gases desenvolveu o cálculo de pressão parcial dos gases. Denominamos pressão parcial a pressão exercida por um gás numa mistura.

Supunhamos uma mistura contendo Nitrogênio (N2), Oxigênio (O2) e Hidrogênio (H2), segundo propôs Dalton, a pressão exercida pelo nitrogênio na mistura é exatamente o mesmo que ele exerceria se estive sozinho em um recipiente, o mesmo ocorre com os outros gases. Com isso, a pressão total de uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais de cada um dos gases presentes na mistura. A pressão total deste exemplo pode ser calculada da seguinte maneira:


PTotal = PN2 + PO2 + PH2 


Dalton também comprovou que a relação entre a pressão parcial exercida pelo gás e a pressão total da mistura gasosa seria igual ao número de mols total da mistura.


PA  =  XA
PT           
Onde: PA = pressão do gás A qualquer; PT = pressão total da mistura gasosa; XA = fração molar do gás A.
A fração em quantidade de matéria é a relação entre o número de mols do gás e o número total de mols presente na mistura gasosa, e é calculado da seguinte forma: 

X = nA
      nT

Onde: 
nA = número de mols do gás A qualquer; nT = número de mols total da mistura gasosa; XA = fração molar do gás A.


O número de mols de cada um dos componentes da mistura é calculado da seguinte forma:


nA = mA
        MA

Onde: nA= número de mol de um gás A qualquer; mA = massa de um gás A qualquer fornecida pelo exercício; MA = massa molar de um gás A qualquer.

Apenas para exemplificar, se temos uma mistura gasosa contendo 30% de oxigênio (O2), 20% de nitrogênio (N2) e 50% de hidrogênio (H2). Se a pressão total de mistura for 65 kPa, a pressão parcial dos gases serão calculadas da seguinte maneira:
Como a porcentagem é a fração molar multiplicada por 100: % = XA.100 , então, X= P / 100, assim: 
XO2  = 0,3
XN2 = 0,5
XH2= 0,2

Para calcular a pressão parcial de cada gás, basta utilizarmos a fórmula que envolve as pressões (total e parcial) e a fração em quantidade de matéria, vejamos: 
PO2 = XO2  --->        PO2 = 0,3 = 19,5 kPa
PT                      65

PN2 = XN2  --->        PN2 = 0,5 = 32,5 kPa
PT                     65

PH2 = XH2  --->        PH2 = 0,2 = 13,0 kPa
PT                     65

Note que XO2 + XN2 + XH2 é igual a 1, e que PO2 + PN2 PH2 = PT 



Assista também a aula da UNIVESP que serviu como base para a criação desta postagem.

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