UNIDADE 2UNIDADE 2

2. Atmosfera: temperatura, pressão e densidade em função da altitude

2.1. Mole, número de Avogadro, Massa Molar

O número de partículas existentes numa pequena porção de

matéria é extremamente grande e, para o exprimir o número de

Avogadro (NA) cujo valor é, aproximadamente, 6,023x1023.

A quantidade de substância (n) que contém o número de

Avogadro de unidades estruturais (nomeadamente átomos ou

moléculas) designa-se por mole, mol.

O número de partículas (N) numa amostra qualquer obtém-se

multiplicando a quantidade química dessas partículas pelo número de

Avogadro:

N = n x NA

À massa de uma mole de uma dada amostra de substância chama-

se massa molar, representa-se por M e exprime-se usualmente em

g/mol ou g.mol-1.

O número que exprime o valor da massa molar (expresso em g/mol)

é numericamente igual ao da massa atómica relativa (para átomos) ou

massa molecular relativa (no caso de moléculas). Por exemplo:

Ar (O) = 16 então M (O) = 16 g/mol

Mr (H2O) = 2 x Ar(H) + Ar (O) = 2 x 1,01 + 16 = 18,02 então M(H2O) =

18,02 g/mol

Podemos relacionar a massa (m) de uma dada amostra de

substância com a sua massa molar (M) e a sua quantidade química (n)

através da expressão matemática:

M

mn

2.2. Volume molar e densidade de um gás

• As partículas de um gás estão praticamente livres, movimentando-se

caoticamente e ocupando todo o espaço disponível;

• A matéria não tem forma própria e é muito compressível, logo não tem

volume constante;

• Os gases são formados por unidades estruturais muito pequenas

relativamente ao volume total que ocupam, pelo que num gás há muito

espaço vazio.

• Quando se comprime um gás, as suas unidades estruturais aproximam-se,

diminuindo assim o volume por ele ocupado.

• A pressão que um gás exerce sobre a superfície do recipiente que o

contém, ou sobre os corpos nele mergulhados, resulta dos choques das

moléculas do gás contra essas superfícies;

• A pressão de um gás depende do número de moléculas, do volume

ocupado e da temperatura a que se encontra.

Características do estado gasoso

A unidade do Sistema Internacional da pressão é o pascal (Pa) e

representa, por definição, a pressão exercida por uma força de 1N

sobre 1m2 de área de contacto.

Existem outras unidades de pressão: a atmosfera (atm), o

torricelli (torr), milímetros de mercúrio (mm Hg):

1 atm = 101325Pa 1x105Pa

1 atm = 760 torr

Condições PTN

Convencionou-se que as condições normais de pressão e

temperatura de um gás (PTN) são a p = 1atm e T = 273K (0ºC).

Relação entre a pressão de um gás e o número de moléculas (a temperatura e volume constantes)

Maior nº moléculas Maior nº choques Maior pressão

• Para um mesmo volume, a temperatura constante, a pressão é

directamente proporcional ao número de moléculas:

teconsn

ptan

2

1

2

1

2

2

1

1

n

n

p

p

n

p

n

p

Relação entre a pressão de um gás e o volume(a temperatura constante)

(Lei de Boyle-Mariotte)

Menor volume Maior nº choques Maior pressão

• Para uma mesma quantidade de gás, a dada temperatura, a

pressão é inversamente proporcional ao volume:

teconspV tan

1

2

2

12211 V

V

p

pVpVp

Relação entre a pressão de um gás e a temperatura(a volume constante)

(Lei de Gay-Lussac)

Maior temperatura velocidade das moléculas

Maior nº choques Maior

pressão • Para uma mesma quantidade de gás, num dado volume, a pressão

é directamente proporcional à temperatura absoluta (em kelvin):

teconsT

ptan

2

1

2

1

2

2

1

1

T

T

p

p

T

p

T

p

Relação entre o volume de um gás e a temperatura(a pressão constante)

(Lei de Charles)

Maior temperatura Maior volume

• Para uma mesma quantidade de gás, a pressão constante, o

volume é directamente proporcional à temperatura absoluta (em

kelvin):

teconsT

Vtan

2

1

2

1

2

2

1

1

T

T

V

V

T

V

T

V

Relação entre o volume de um gás e o número de partículas(a pressão e temperatura constantes)

(Lei de Avogadro)

Maior quantidade de gás Maior nº choques Maior

volume• Nas mesmas condições de pressão e temperatura, o volume

ocupado por um gás é directamente proporcional à sua quantidade

química (número de moles):

teconsn

Vtan

2

2

1

1

n

V

n

V

Volume molar

• É o volume ocupado por uma mole de uma dada substância no

estado gasoso, representa-se por Vm e depende das condições de

pressão e temperatura a que se encontra.

• Nas mesmas condições de pressão e temperatura, todos os gases

têm o mesmo volume molar.

• O volume molar de um gás nas condições PTN é de 22,4 dm3/mol

Densidade de um gás

A densidade (), ou massa volúmica, se define como a massa dessa

substância existente numa unidade de volume:

V

m

Para uma substância no estado gasoso, é sempre necessário

especificar as condições de pressão e temperatura a que se

encontra.Para uma mole de substância no estado gasoso:

4,22

M

V

M

m

2.3. Misturas na atmosfera. Concentração de soluções

A atmosfera é, fundamentalmente, uma solução gasosa, na qual

se encontram também outras dispersões.

Dá-se o nome de dispersão a uma mistura de duas ou mais

substâncias, em que as partículas de uma fase (fase dispersa) estão

disseminadas no seio de outra fase (fase dispersante).

Podem classificar-se as dispersões, tendo em conta as dimensões

médias das partículas na fase dispersa, como:

-Soluções verdadeiras ou soluções – sistemas homogéneos de

uma só fase com partículas com dimensões inferiores a 1nm.

-Soluções coloidais ou colóides – dimensões médias de

partículas entre 1nm e 1 m. Ex: fumos, poeiras, nuvens, nevoeiro,

neblina.

-Suspensões – sistemas heterogéneos com partículas de

dimensões médias superiores a 1m na fase dispersa visíveis ao

microscópio. Ex: smog.

A composição quantitativa de uma solução pode ser expressa de

várias formas:

• concentração mássica (cm) – indica a massa m de soluto existente

em cada unidade de volume de solução (V). A unidade S.I. é o kg/m3

mas normalmente utiliza-se g/dm3 ou g/cm3.

•Concentração molar (c) ou molaridade – indica a quantidade química

de soluto (n) por unidade de volume de solução (V). A unidade S.I. é

mol/m3 mas costuma utilizar-se mol/dm3.

Como n = m / M , a relação entre a concentração mássica e molar é:

V

mcm

V

nc

M

c

M

Vm

V

Mm

V

nc m

//

• Percentagem em massa (% m/m) – indica a massa de soluto

expressa numa dada unidade por cada 100 unidades de massa de

solução.

Exemplo: Dizer que temos uma solução de HCl a 60% significa que

em 100g de solução existem 60g de HCl.

• Percentagem em volume (% V/V) – indica o volume de soluto

expresso numa dada unidade por cada 100 unidades de volume de

solução.

Exemplo: Dizer que temos uma solução de etanol a 96% significa

que em 100ml de solução existem 96ml de etanol e 4ml de água.

100)/%( solução

soluto

m

mmm

100)/%( solução

soluto

V

VVV

• partes por milhão (ppm) – utiliza-se quando temos quantidades

muito pequenas de componentes e indica a massa (ou volume) de

um dado soluto, expressa numa dada unidade, por um milhão de

unidades de massa (ou volume) de solução.

Exemplo 1: Dizer que há 95ppm de CO2 na atmosfera poluída é dizer

que temos 95g de CO2 por cada 1000000g de ar ou 95mg de CO2

em 1000000mg de ar.

Exemplo 2: Dizer que a concentração de hélio no ar é 5,24ppm (V/V)

é dizer que há 5,24cm3 de hélio por cada 1000000cm3 de ar.

610solução

soluto

m

mppm

• Partes por bilião (ppb) - utiliza-se quando temos quantidades muito

pequenas de componentes e indica a massa (ou volume) de um

dado soluto, expressa numa dada unidade, por um bilião de

unidades de massa (ou volume) de solução.

• Fracção molar de um componente C numa solução – é o quociente

entre a quantidade química de C e a quantidade química total da

solução:

910solução

soluto

m

mppb

total

CC n

nx

total

solutosoluto n

nx

total

solventesolvente n

nx 1...21 solventesolutosoluto xxx

Quando se pretende preparar uma solução diluída a partir de uma

solução mais concentrada, o factor de diluição (f ) indica-nos o número

de vezes que se deve diluir um dado volume de solução concentrada,

de concentração inicial ci , para se obter a solução diluída de

concentração final cf:

final

inicial

c

cf