Estudo dos Gases: Propriedades e Importância nas Reações Químicas

ESTUDO DOS GASES A Importância do Estudo dos Gases Na prática entender processos que envolvem gases tais como a respiração a fotossíntese a combustão do gás natural queima na presença de oxigênio As reações químicas envolvidas na digestão A Importância do Estudo dos Gases Do ponto de vista teórico o estudo dos gases ajudou na compreensão das reações químicas Lei da Conservação da Massa Lavoisier 17431794 Lei das Proporções Definidas Proust 17541826 Lei das Proporções Volumétricas GayLussac 17781850 Hipótese de Avogadro 17761856 Propriedades dos Gases Os gases possuem massa Os gases ocupam todo o volume do recipiente O volume dos gases varia muito com a pressão O volume dos gases varia muito com a temperatura Propriedades dos Gases Variáveis de Estado dos Gases Para definir o estado de um gás é preciso saber sua quantidade de matéria volume pressão e temperatura volume é o próprio volume do recipiente L mL cm³ m³ etc pressão resulta do choque das partículas do gás com as paredes do recipiente Unidades de pressão SI 1 Nm² 1 Pa atm corresponde à pressão atmosférica ao nível do mar 1 atm 10000 Pa mmHg unidade originada do experimento de Torricelli Variáveis de Estado dos Gases Variáveis de Estado dos Gases Variáveis de Estado dos Gases Experimento de Torricelli Uma coluna de 1 m cheia de mercúrio Hg é emborcado em um recipiente contendo mercúrio Evangelista Torricelli 16081647 Ao nível do mar a coluna estaciona a uma altura de 760 mm correspondente à pressão atmosférica 1 atm 760 mmHg 1 torr 1mmHg Relembrando O que é Temperatura É a medida do grau médio de agitação das partículas que constituem o corpo seja ele sólido líquido ou gasoso Quando um corpo é aquecido aumentamos a energia cinética das partículas que constituem o corpo fazendo com que ocorra um maior número de colisões entre as partículas o que resulta em um aumento de temperatura do corpo No estudo dos Gases utilizamos a escala Kelvin O que é o que é Pressão são as colisões que as partículas constituintes do gás efetuam contra as paredes do recipiente que o contém As unidades mais utilizadas para a medida de pressão são a atmosfera atm o milímetro de mercúrio mmHg O pascal Pa entre outros A pressão de 760 mmHg ou 1 atm é denominada pressão normal O que é o que é Volume É a quantidade de espaço ocupado ou que pode ser ocupado recipiente por um corpo O gás ocupa o volume total do recipiente temperatura mede o grau de agitação das partículas do gás quanto maior a temperatura maior a velocidade dessas partículas C F K Escala Kelvin escala absoluta de temperatura zero K 273C é a menor temperatura que pode ser atingida não há movimento dos átomos e moléculas TK TC 273 Conhecendose então os valores de T P e V de um gás definese o estado do gás Quantidade de matéria é uma representação da quantidade de partículas existentes no sistema A unidade de quantidade de matéria é o mol Mol é a quantidade de matéria existentes em um sistema que tem tantas partículas elementares quantos são os átomos contidos em 12g de Carbono 12 1 mol of sulfur atoms 321 g S 1 gam S 1 mol of mercury atoms 2006 g Hg 1 gam Hg 1 mol of carbon atoms 120 g C 1 gam C 1 mol of iron atoms 558 g Fe 1 gam Fe Gás ideal Os gases apresentam movimento contínuo e desordenado A direção e o sentido das partículas somente são modificados quando elas colidem umas com as outras As colisões são perfeitamente elásticas ou seja não há perda de energia cinética durante as colisões Se um gás apresenta essas características é chamado de gás ideal O gás ideal não existe na Natureza no entanto podemos fazer com que um gás real comportese de modo semelhante a um gás ideal Devemos elevar sua temperatura e baixar sua pressão Quando isso ocorre o gás é denominado Gás perfeito Então onde encontramos esses tais gases ideais Relembrando O que é Temperatura É a medida do grau médio de agitação das partículas que constituem o corpo seja ele sólido líquido ou gasoso Quando um corpo é aquecido aumentamos a energia cinética das partículas que constituem o corpo fazendo com que ocorra um maior número de colisões entre as partículas o que resulta em um aumento de temperatura do corpo No estudo dos Gases utilizamos a escala Kelvin O que é o que é Pressão é constituída pela força e frequência colisões que as partículas constituintes do gás efetuam contra as paredes do recipiente que o contém Unidades atmosfera atm milímetro de mercúrio mmHg pascal Pa A pressão de 760 mmHg ou 1 atm é denominada pressão normal Pneu sendo calibrado O que é o que é Volume É a quantidade de espaço ocupado pelo gás O gás ocupa o volume total do recipiente Quantidade de Matéria n É a quantidade de partículas que encontramos em uma substância na fase gasosa Podemos encontrar esse valor através da relação n massa g massa molar gmol A unidade da quantidade de matéria ou nº de mols padrão no SI é o mol CNTP CNTP é a sigla que se refere as condições normais de temperatura e pressão de um gás T 0 C ou 273 K P 1 atm Volume de 1 mol de qualquer gás 224L No SI a unidade padrão de pressão é o pascal Pa ou newton por metro quadrado Transformação Isocórica ou Isométrica Variação da pressão com a temperatura a volume constante Lei de Charles Jaques Alexandre César Charles 17461823 P α T PT cte P1T1 P2T2 UPMSP Uma determinada massa fixa de gás contida num balão encontrase inicialmente em CNTP Numa transformação isovolumétrica sabendose que a pressão máxima interna permitida pelo balão é de 30 atm se dobrarmos a temperatura absoluta inicial a pressão final do gás e o efeito sobre o balão serão a 20 atm e o balão não estoura b 15 atm e o balão não estoura c 20 atm e o balão estoura d 10 atm e o balão não estoura e 30 atm e o balão estoura Apertandose o botão abrese a válvula A mistura dispersase sob a forma de aerossol gás propelente sob alta pressão mistura do líquido contido na embalagem com o propelente A pressão exercida pelo gás propelente força a subida da mistura no tubo Leis Físicas dos Gases Como o volume do gás varia com a pressão e com a temperatura Variação do volume com a pressão a temperatura constante Lei de BoyleMariotte V α 1P PV cte P1V1 P2V2 Robert Boyle 16271691 Edme Mariotte 16201684 Transformação Isotérmica Sob temperatura constante o volume ocupado por determinada massa gasosa é inversamente proporcional a sua pressão UnirioRJ Você brincou de encher com ar um balão de gás na beira da praia até um volume de 1 L e o fechou Em seguida subiu uma encosta próxima carregando o balão até uma altitude de 900 m onde a pressão atmosférica é 10 menor do que a pressão ao nível do mar Considerandose que a temperatura na praia e na encosta seja a mesma o volume de ar no balão em L após a subida será de Transformação Isobárica Variação do volume com a temperatura a pressão constante Lei de GayLussac Joseph Louis GayLussac 17781850 V α T VT cte V1T1 V2T2 Transformação Isobárica Sob pressão constante o volume ocupado por determinada massa gasosa é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta UnirioRJ O uso do amoníaco NH3 nos cigarros aumenta o impacto e o efeito da nicotina com esse estudo confirmamos o que antes desconfiávamos as empresas manipulam a quantidade de amoníaco com o propósito de reforçar a nicotina disse o deputado Henry Waxman EUA Jornal do Brasil 31 de julho de 1997 Suponha que uma amostra de cigarro contenha 5 mL de NH3 a 27 C Se aquecermos o cigarro a 627 C mantendo a pressão constante o volume de NH3 em L será de a 150 b 15 c 015 d 0015 e 00015 HIPÓTESE DE AVOGADRO Volumes iguais de gases quaisquer quando medidos a mesma pressão e temperatura possuem o mesmo número de moléculas Se o número de moléculas for 6 10²³ temos Volume Molar VM É o volume ocupado por um mol de qualquer gás em determinada pressão e temperatura Nas CNTP o VM é 224 Lmol Amadeo Avogadro 17761856 Equação de Clapeyron A lei física dos gases PVT cte é valida para uma massa fixa de gás E quando ocorre variação da massa como achar os valores de P V e T EQUAÇÃO DE CLAPEYRON P V n R T n número de mols de gás n mM R constante universal dos gases 0082 atmLmolK eou 623 mmHgLmolK Benoit Pierre Émile Clapeyron 17991864 FatecSP Algumas companhias tabagistas já foram acusadas de adicionarem amônia aos cigarros numa tentativa de aumentar a liberação de nicotina o que fortalece a dependência Suponha que uma amostra de cigarro libere 20 104 mol de amônia a 27 C e 1 atm O volume de NH3 gasoso em mL será aproximadamente a 49 b 49 c 049 d 0049 e 00049 Equação de Clapeyron d e M do gás É possível calcular a densidade do gás a partir da Equação de Clapeyron PV nRT como nmM Para determinar a massa molar do gás M UFCCE As pesquisas sobre materiais utilizados em equipamentos esportivos são direcionadas em função dos mais diversos fatores No ciclismo por exemplo é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas para que se alcance o melhor desempenho do ciclista Dentre muitas uma das alternativas a ser utilizada seria inflar os pneus das bicicletas com o gás hélio He por ser bastante leve e inerte à combustão A massa de hélio necessária para inflar um pneu de 04 L de volume com a pressão correspondente a 611 atm a 25 C seria a 04 g b 01 g c 24 g d 32 g e 40 g ATIVIDADES PARA FAZER ENEM 2000 A adaptação dos integrantes da seleção brasileira de futebol à altitude de La Paz foi muito comentada em 1995 por ocasião de um torneio como pode ser lido no texto abaixo A seleção brasileira embarca hoje para La Paz capital da Bolívia situada a 3700 metros de altitude onde disputará o torneio Interamérica A adaptação deverá ocorrer em um prazo de 10 dias aproximadamente O organismo humano em altitudes elevadas necessita desse tempo para se adaptar evitandose assim risco de um colapso circulatório Adaptado da revista Placar edição fev 1995 A adaptação da equipe foi necessária principalmente porque a atmosfera de La Paz quando comparada à das cidades brasileiras apresenta a menor pressão e menor concentração de oxigênio b maior pressão e maior quantidade de oxigênio c maior pressão e maior concentração de gás carbônico d menor pressão e maior temperatura e maior pressão e menor temperatura QUESTÃO 63 Uma pessoa abre sua geladeira verifica o que há dentro e depois fecha a porta dessa geladeira Em seguida ela tenta abrir a geladeira novamente mas só consegue fazer isso depois de exercer uma força mais intensa do que a habitual A dificuldade extra para reabrir a geladeira ocorre porque oa A volume de ar dentro da geladeira diminuiu B motor da geladeira está funcionando com potência máxima C força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta D pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa E temperatura no interior da geladeira é inferior ao valor existente antes de ela ser aberta EstácioRJ Um volume de 10 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2 atm e sua temperatura aumentada de 73 C para 127 C O volume final em litros alcançado pelo gás foi de a 50 b 40 c 30 d 10 e 20 Leis Químicas dos Gases Leis Volumétricas das Reações Químicas Lei Volumétrica de GayLussac comprovou experimentalmente várias relações entre os volumes dos gases que reagem quimicamente Ex reação de hidrogênio e cloro hidrogênio cloro gás clorídrico 15 L 15L 30 L simplificando 1 L 1L 2 L reação de hidrogênio e oxigênio hidrogênio oxigênio água 6 L 3 L 6 L simplificando 2 L 1 L 2 L contração do V 1H2 1Cl2 2HCl 2H2 1O2 2H2O