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UMA NOVA VISÃO PARA O MUNDO Modelagem e Simulação do Mundo FísicoQuímico JÁ VIMOS ü SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS ü FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS ü ESTADOS DE AGREGAÇÃO DA MATÉRIA ü TABELA PERIÓDICA ü REAÇÕES QUÍMICAS ü ESTEQUIOMETRIA ü RENDIMENTO DE REAÇÕES QUÍMICAS AULAS DE HOJE GASES O que é um gás Estados físicos da matéria Interação intermolecularatômica Energia cinética das partículas Volume e forma definidos Compressibilidade e expansão térmica O que é um gás Porque estudar sobre gases 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 Porque estudar sobre gases Estudo dos gases x Atualidade Figura 1 Representação do novo Corona vírus Fonte G12020 Faz sentido pensar que Engenharia e Saúde andam juntos httpsbetaeqcombrindexphp20191029obtentacaodooxigenioatravesdoprocessocriogenico Figura 2 Ilustração de um paciente infectado por Corona vírus sendo tratado com o uso de respiradores Fonte G12020 O que é um gás ideal O gás perfeito ou ideal é um gás idealizado que possui algumas características próprias Não há interação gravitacional entre as partículas constituintes As colisões entre as moléculas são perfeitamente elásticas Logo há total conservação da energia cinética das partículas As partículas apresentam movimento completamente aleatório e suas velocidades são diretamente proporcionais a temperatura O volume próprio de cada partícula é desprezível O que é um gás ideal O gás ideal é um conceito ou seja não existe na realidade porém pode ser aproximado por um gás formado por partículas monoatômicas um único átomo a baixíssimas pressões O que é uma equação de estado O estado de qualquer amostra de uma substância pode ser especificado por meio as seguintes propriedades variáveis de estado Volume que a amostra ocupa V Pressão da amostra p Temperatura da amostra T Número de mols da substância n Mol é uma unidade de medida utilizada para expressar a quantidade de matéria microscópica 1 mol 602214076 x 10²³ unid Lei de Boyle Lei de Charles Lei de Avogadro httpsphetcoloradoedusimshtm lgasesintrolatestgases introptBRhtml Como é a equação de estado do gás perfeito As experiências de Boyle e as de seus sucessores conduziram à formulação da equação de estado do gás perfeito pV nRT Onde R é uma constante de proporcionalidade conhecida como constante universal dos gases Valor de R Unidades 0082 atm L K¹ mol¹ 6236 L mmHg K¹ mol¹ 8314 L kPa K¹ mol¹ R pV nT 83145 J K¹ EXERCICIO DE SIMULAÇÃO NO PHAT COLORADO httpsphetcoloradoedusimshtm lgasesintrolatestgases introptBRhtml Como é a equação de estado do gás perfeito Gás perfeito vs gás real O comportamento de um gás poderá ser modelado a partir da equação do gás perfeito se e somente se este for de fato um gás perfeito pV nRT Gás perfeito Gases reais tendem a seguir a equação do gás perfeito a medida que a pressão tende a zero 1 atm já é o suficiente para um gás real se comportar como gás perfeito Como é a equação de estado do gás perfeito Lei de Boyle pV nRT pV frac1V A uma temperatura constante a pressão de determinada quantidade de gás é inversamente proporcional ao seu volume Como é a equação de estado do gás perfeito Princípio de Avogado V n Sob determinada temperatura e determinada pressão gases com volumes iguais contêm o mesmo número de moléculas Vmolar fracVn fracRTp Misturas de gases pressões parciais No início do século XIX John Dalton realizou uma série de experiências que o levaram a formular o que atualmente é conhecido como a lei de Dalton A pressão exercida por uma mistura de gases perfeitos é a soma das pressões que cada gás exerceria se ocupasse sozinho o recipiente com mesma temperatura em que se encontra a mistura p pA pB Misturas de gases pressões parciais Gás A P P A Gás B P P B Mistura A B P M P A P B É importante também observar que estamos falando de misturas de gases não formação de moléculas ou seja não há reação entre os componentes da mistura C 2H 2 CH 4 Não é válido para a lei de Dalton Até mesmo porque C não é gás 15 Misturas de gases Para qualquer tipo de gás real ou perfeito em uma mistura a pressão parcial P J é definida como P J x J P em que x J é a fração molar do gás J na mistura A fração molar de J é o número de mols de J dividido pelo número total de mols presentes na mistura Para uma mistura binária que é constituída de duas espécies a expressão geral fica x A n A n A n B x B n B n A n B 16 O modelo cinético dos gases O modelo cinético dos gases é baseado em três hipóteses 1 Um gás é constituído de moléculas em movimento aleatório incessante 2 O tamanho das moléculas é desprezível no sentido de que seus diâmetros são muito menores que a distância média percorrida pelas moléculas entre duas colisões sucessivas 3 As moléculas não interagem umas com as outras exceto quando se chocam 17 O modelo cinético dos gases p pressão n número de mols M massa molar v2rms velocidade quadrática média das moléculas root mean square V volume do recipiente A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT O modelo cinético dos gases A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT pV frac13 nMv2rmq mu RT frac13 mu Mv2rmq RT frac13 Mv2rmq O modelo cinético dos gases A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT pV frac13 nMv2rmq mu RT frac13 mu Mv2rmq RT frac13 Mv2rmq v2rmq leftfrac3RTMright12 O modelo cinético dos gases A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT pV frac13 nMv2rmq mu RT frac13 mu Mv2rmq RT frac13 Mv2rmq vrmq leftfrac3RTMright12 Podemos obter a velocidade das partículas conhecendose apenas suas massas molares e a temperatura do sistema httpsphetcoloradoedu simshtmlgases introlatestgases introptBRhtml ρν 4π M 2πRT32 ν² eMv²2RT CONCLUSÃO Quanto maior a temperatura menor a precisão da medida das velocidades das partículas mais partículas com velocidades diferente da velocidade média existem mais caótico o sistema e maior a velocidade média das partículas ρν 4π M 2πRT32 ν² eMv²2RT CONCLUSÃO Quanto menor a massa molar das partículas menor a precisão da medida das velocidades das partículas mais partículas com velocidades diferente da velocidade média existem mais caótico o sistema e maior a velocidade média das partículas Difusão e efusão Difusão é o processo pelo qual as moléculas de substâncias diferentes misturamse entre si O processo de efusão é a passagem do gás através de um pequeno orifício como o que normalmente ocorre numa bola de encher ou num pneu As velocidades dos processos aumentam com a elevação da temperatura As velocidades dos dois processos diminuem quando a massa molar aumenta Balão de He murcha mais rápido que um balão enchido com a boca influência da massa molar Balão murcha mais rápido em um dia quente que em um dia frio influência da temperatura A distância média que uma molécula percorre entre duas colisões sucessivas é chamada de livre percurso médio λ lambda A distância média que uma molécula percorre entre duas colisões sucessivas é chamada de livre percurso médio λ lambda Revisando gases perfeitos possuem separação média entre as moléculas suficientemente grande para que elas se movam independentemente umas das outras Condição para o comportamento de gás perfeito λ d d distância em que duas moléculas entram em contato uma com a outra Devido a essa separação média grande um gás perfeito é aquele em que a única contribuição para a energia vem da energia cinética do movimento das moléculas não havendo nenhuma contribuição para a energia total a energia potencial que surge da interação entre as moléculas GASES PERFEITOS ENERGIA TOTAL ENERGIA CINÉTICA GASES REAIS ENERGIA TOTAL ENERGIA CINÉTICA ENERGIA POTENCIAL Se o critério λ d for satisfeito para um gás real este pode ser tratado como se fosse perfeito A temperatura crítica O fator de compressibilidade Z é a razão entre o volume molar real de um gás Vm e o volume molar de um gás perfeito nas mesmas condições de pressão e temperatura O fator de compressibilidade O fator de compressibilidade O tipo de comportamento exibido depende da temperatura A observação de que Z 1 nos diz que o volume molar do gás é maior que o esperado para um gás perfeito na mesma temperatura e pressão de modo que as moléculas estão ligeiramente mais afastadas Esse comportamento pode ser explicado como sendo devido às forças repulsivas dominantes Para o H₂ as interações atrativas são tão fracas que as interações repulsivas dominam até mesmo em baixas pressões Video httpsyoutubejxoaOATC28 REFRIGERADOR LINDE A ar é sugado para uma máquina que o irá comprimir préresfriar e descomprimir neste ponto resfriará bastante O ar que foi resfriado é utilizado para resfriar mais ar comprimido que por sua vez irá resfriar o próximo volume de ar e assim sucessivamente A repetição contínua deste processo irá fazer descer a temperatura suficientemente até o ar se liquefazer A liquefação de gases A cada expansão o gás fica mais frio e como flui passando pelo gás que está entrando este é resfriado adicionalmente Depois de várias expansões sucessivas o gás fica tão resfriado que se transforma em líquido condensação do gás Obrigado
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
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UMA NOVA VISÃO PARA O MUNDO Modelagem e Simulação do Mundo FísicoQuímico JÁ VIMOS ü SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS ü FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS ü ESTADOS DE AGREGAÇÃO DA MATÉRIA ü TABELA PERIÓDICA ü REAÇÕES QUÍMICAS ü ESTEQUIOMETRIA ü RENDIMENTO DE REAÇÕES QUÍMICAS AULAS DE HOJE GASES O que é um gás Estados físicos da matéria Interação intermolecularatômica Energia cinética das partículas Volume e forma definidos Compressibilidade e expansão térmica O que é um gás Porque estudar sobre gases 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 Porque estudar sobre gases Estudo dos gases x Atualidade Figura 1 Representação do novo Corona vírus Fonte G12020 Faz sentido pensar que Engenharia e Saúde andam juntos httpsbetaeqcombrindexphp20191029obtentacaodooxigenioatravesdoprocessocriogenico Figura 2 Ilustração de um paciente infectado por Corona vírus sendo tratado com o uso de respiradores Fonte G12020 O que é um gás ideal O gás perfeito ou ideal é um gás idealizado que possui algumas características próprias Não há interação gravitacional entre as partículas constituintes As colisões entre as moléculas são perfeitamente elásticas Logo há total conservação da energia cinética das partículas As partículas apresentam movimento completamente aleatório e suas velocidades são diretamente proporcionais a temperatura O volume próprio de cada partícula é desprezível O que é um gás ideal O gás ideal é um conceito ou seja não existe na realidade porém pode ser aproximado por um gás formado por partículas monoatômicas um único átomo a baixíssimas pressões O que é uma equação de estado O estado de qualquer amostra de uma substância pode ser especificado por meio as seguintes propriedades variáveis de estado Volume que a amostra ocupa V Pressão da amostra p Temperatura da amostra T Número de mols da substância n Mol é uma unidade de medida utilizada para expressar a quantidade de matéria microscópica 1 mol 602214076 x 10²³ unid Lei de Boyle Lei de Charles Lei de Avogadro httpsphetcoloradoedusimshtm lgasesintrolatestgases introptBRhtml Como é a equação de estado do gás perfeito As experiências de Boyle e as de seus sucessores conduziram à formulação da equação de estado do gás perfeito pV nRT Onde R é uma constante de proporcionalidade conhecida como constante universal dos gases Valor de R Unidades 0082 atm L K¹ mol¹ 6236 L mmHg K¹ mol¹ 8314 L kPa K¹ mol¹ R pV nT 83145 J K¹ EXERCICIO DE SIMULAÇÃO NO PHAT COLORADO httpsphetcoloradoedusimshtm lgasesintrolatestgases introptBRhtml Como é a equação de estado do gás perfeito Gás perfeito vs gás real O comportamento de um gás poderá ser modelado a partir da equação do gás perfeito se e somente se este for de fato um gás perfeito pV nRT Gás perfeito Gases reais tendem a seguir a equação do gás perfeito a medida que a pressão tende a zero 1 atm já é o suficiente para um gás real se comportar como gás perfeito Como é a equação de estado do gás perfeito Lei de Boyle pV nRT pV frac1V A uma temperatura constante a pressão de determinada quantidade de gás é inversamente proporcional ao seu volume Como é a equação de estado do gás perfeito Princípio de Avogado V n Sob determinada temperatura e determinada pressão gases com volumes iguais contêm o mesmo número de moléculas Vmolar fracVn fracRTp Misturas de gases pressões parciais No início do século XIX John Dalton realizou uma série de experiências que o levaram a formular o que atualmente é conhecido como a lei de Dalton A pressão exercida por uma mistura de gases perfeitos é a soma das pressões que cada gás exerceria se ocupasse sozinho o recipiente com mesma temperatura em que se encontra a mistura p pA pB Misturas de gases pressões parciais Gás A P P A Gás B P P B Mistura A B P M P A P B É importante também observar que estamos falando de misturas de gases não formação de moléculas ou seja não há reação entre os componentes da mistura C 2H 2 CH 4 Não é válido para a lei de Dalton Até mesmo porque C não é gás 15 Misturas de gases Para qualquer tipo de gás real ou perfeito em uma mistura a pressão parcial P J é definida como P J x J P em que x J é a fração molar do gás J na mistura A fração molar de J é o número de mols de J dividido pelo número total de mols presentes na mistura Para uma mistura binária que é constituída de duas espécies a expressão geral fica x A n A n A n B x B n B n A n B 16 O modelo cinético dos gases O modelo cinético dos gases é baseado em três hipóteses 1 Um gás é constituído de moléculas em movimento aleatório incessante 2 O tamanho das moléculas é desprezível no sentido de que seus diâmetros são muito menores que a distância média percorrida pelas moléculas entre duas colisões sucessivas 3 As moléculas não interagem umas com as outras exceto quando se chocam 17 O modelo cinético dos gases p pressão n número de mols M massa molar v2rms velocidade quadrática média das moléculas root mean square V volume do recipiente A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT O modelo cinético dos gases A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT pV frac13 nMv2rmq mu RT frac13 mu Mv2rmq RT frac13 Mv2rmq O modelo cinético dos gases A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT pV frac13 nMv2rmq mu RT frac13 mu Mv2rmq RT frac13 Mv2rmq v2rmq leftfrac3RTMright12 O modelo cinético dos gases A velocidade média das moléculas de um gás pV nRT pV frac13 nMv2rmq mu RT frac13 mu Mv2rmq RT frac13 Mv2rmq vrmq leftfrac3RTMright12 Podemos obter a velocidade das partículas conhecendose apenas suas massas molares e a temperatura do sistema httpsphetcoloradoedu simshtmlgases introlatestgases introptBRhtml ρν 4π M 2πRT32 ν² eMv²2RT CONCLUSÃO Quanto maior a temperatura menor a precisão da medida das velocidades das partículas mais partículas com velocidades diferente da velocidade média existem mais caótico o sistema e maior a velocidade média das partículas ρν 4π M 2πRT32 ν² eMv²2RT CONCLUSÃO Quanto menor a massa molar das partículas menor a precisão da medida das velocidades das partículas mais partículas com velocidades diferente da velocidade média existem mais caótico o sistema e maior a velocidade média das partículas Difusão e efusão Difusão é o processo pelo qual as moléculas de substâncias diferentes misturamse entre si O processo de efusão é a passagem do gás através de um pequeno orifício como o que normalmente ocorre numa bola de encher ou num pneu As velocidades dos processos aumentam com a elevação da temperatura As velocidades dos dois processos diminuem quando a massa molar aumenta Balão de He murcha mais rápido que um balão enchido com a boca influência da massa molar Balão murcha mais rápido em um dia quente que em um dia frio influência da temperatura A distância média que uma molécula percorre entre duas colisões sucessivas é chamada de livre percurso médio λ lambda A distância média que uma molécula percorre entre duas colisões sucessivas é chamada de livre percurso médio λ lambda Revisando gases perfeitos possuem separação média entre as moléculas suficientemente grande para que elas se movam independentemente umas das outras Condição para o comportamento de gás perfeito λ d d distância em que duas moléculas entram em contato uma com a outra Devido a essa separação média grande um gás perfeito é aquele em que a única contribuição para a energia vem da energia cinética do movimento das moléculas não havendo nenhuma contribuição para a energia total a energia potencial que surge da interação entre as moléculas GASES PERFEITOS ENERGIA TOTAL ENERGIA CINÉTICA GASES REAIS ENERGIA TOTAL ENERGIA CINÉTICA ENERGIA POTENCIAL Se o critério λ d for satisfeito para um gás real este pode ser tratado como se fosse perfeito A temperatura crítica O fator de compressibilidade Z é a razão entre o volume molar real de um gás Vm e o volume molar de um gás perfeito nas mesmas condições de pressão e temperatura O fator de compressibilidade O fator de compressibilidade O tipo de comportamento exibido depende da temperatura A observação de que Z 1 nos diz que o volume molar do gás é maior que o esperado para um gás perfeito na mesma temperatura e pressão de modo que as moléculas estão ligeiramente mais afastadas Esse comportamento pode ser explicado como sendo devido às forças repulsivas dominantes Para o H₂ as interações atrativas são tão fracas que as interações repulsivas dominam até mesmo em baixas pressões Video httpsyoutubejxoaOATC28 REFRIGERADOR LINDE A ar é sugado para uma máquina que o irá comprimir préresfriar e descomprimir neste ponto resfriará bastante O ar que foi resfriado é utilizado para resfriar mais ar comprimido que por sua vez irá resfriar o próximo volume de ar e assim sucessivamente A repetição contínua deste processo irá fazer descer a temperatura suficientemente até o ar se liquefazer A liquefação de gases A cada expansão o gás fica mais frio e como flui passando pelo gás que está entrando este é resfriado adicionalmente Depois de várias expansões sucessivas o gás fica tão resfriado que se transforma em líquido condensação do gás Obrigado