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BIK0102: ESTRUTURA DA MATÉRIA
Crédito: Sprace
ProfessorHugo B. Suffredini
Site:
www.suffredini.com.br
GASES
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Pressão Atmosférica
• A pressão é a força atuando em
um objeto por unidade de área:
A
FP =
• A gravidade exerce uma força sobre a atmosfera terrestre.
• Uma coluna de ar de 1 m2 de seção transversal exerce uma
força de 105 N.
• A pressão de uma coluna de ar de 1 m2 é de 100 kPa.2
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Medição da pressão atmosférica - barômetro
• Unidades SI:
1 N = 1 kg m/s2 1 Pa = 1 N/m2
• A pressão atmosférica é medida com
um barômetro (com base na altura de
uma coluna de mercúrio).
• A pressão atmosférica padrão é a
pressão necessária para suportar
760 mm de Hg em uma coluna.
. h = 760 mm
• Unidades alternativas:
1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 105 Pa 3
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Medição da pressão atmosférica - manômetro
• As pressões de gases em recipientes
fechados são medidas por dispositi-
vos chamados manômetros.
• Um manômetro simples pode ser feito
com um tubo em forma de U
contendo Hg
4
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Lei de Boyle para os Gases (Pressão e volume)
O volume de uma quantidade fixa de gás é
inversamente proporcional à sua pressão.
5
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Lei de Boyle para os Gases (Pressão e volume)
6
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Lei de Charles para os Gases (Volume e Temperatura)
• Sabemos que balões de ar quente expandem quando são
aquecidos.
• Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume de uma quantidade
fixa de gás à pressão constante aumenta com o aumento da
temperatura.
• Matematicamente:
(Temperatura - Volume)
7
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Lei dos Gases (Lei de Charles e Gay-Lussac)
(Temperatura - Volume)
• Um gráfico de V versus T é
uma linha reta.
• Quando T é medida em C,
a reta intercepta o eixo da
temperatura em -273,15C.
• Definimos o zero absoluto:
0 K = -273,15C.
T (K) = T (oC) + 273,15
8
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Lei de Avogadro
• A hipótese de Avogadro: volumes iguais de gases à mesma
temperatura e pressão contêm o mesmo número de
moléculas.
• A lei de Avogadro: o volume de gás a uma dada
temperatura e pressão é diretamente proporcional à
quantidade de matéria do gás.
9
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A hipótese de Avogadro teve origem na lei das combinações
volumétricas: a P e T constantes, os volumes de gases que se
combinam quimicamente guardam entre si proporções simples.
2m³ de gás hidrogênio
+
1m³ de gás oxigênio
= 2m³ de vapor de água
1m³ de gás nitrogênio
+
3 m³ de gás hidrogênio
= 2m³ de vapor de amônia
1m³ de gás hidrogênio
+
1m³ de gás cloro
= 2m³ de cloreto de hidrogênio
Lei de Avogadro
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Lei de Avogadro – Quantidade de Matéria e Volume
Volume molar = volume ocupado por 1 mol de gás = 22,4 L
11
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Sob as mesmas condições de temperatura e pressão:
12
Volumes Molares de Diversos Gases
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Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)
Podemos combiná-las em uma lei geral dos gases:
• Lei de Boyle:
• Lei de Charles:
• Lei de Avogadro:
A constante de proporcionalidade pode ser chamada de R (cons-
tante dos gases), então temos a equação dos gases ideais:
ou13
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Valores numéricos da constante universal dos
gases, R, em várias unidades
Valores numéricos Unidades
0,08206 L.atm.mol-1K-1
8,314 J.mol-1.K-1 *
1,987 cal.mol-1.K-1
8,314 m3.Pa.mol-1.K-1
62,36 L.torr.mol-1.K-1
* Unidade SI.
Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)
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Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)
• Definimos CNTP (condições normais de temperatura e
pressão) :
T = 0C ou 273,15 K
P = 1 atm.
• O volume de 1 mol de gás na CNTP é:
15
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Misturas de gases
• As moléculas de gás estão muito separadas e podemos
supor que elas comportam-se independentemente.
• Lei de Dalton: em uma mistura gasosa, a pressão total é
dada pela soma das pressões parciais de cada componente:
• A pressão parcial de cada componente da mistura é a pres-
são que ele exerceria se estivesse sozinho no recipiente.
• Assumindo comportamento ideal, cada gás obedece
individualmente à equação dos gases:
+++= 321total PPPP
=
V
RTnP ii
16
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Misturas de gases
+++= 321total PPPP
=
V
RTnP ii
17
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Gases reais: desvios do comportamento ideal
• Da equação do gás ideal, temos
• Para 1 mol de gás, PV/RT = 1 a todas as temperaturas.
• A partir das suposições na teoria cinética, podemos
imaginar em que situações um gás NÃO se comportará
como gás ideal:
– as moléculas de um gás têm volume finito;
– as moléculas de um gás se atraem.
PV
RT= n
18
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Gases reais: desvios do comportamento ideal
19
Quando diminui a distância
intermolecular, há duas con-
sequências:
▪ o volume individual das
moléculas passa a ser mais
evidente;
▪ as interações intermole-
culares tornam-se mais
relevantes.
↑P:↓V
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Gases reais e a equação de van der Waals
• Adicionamos dois termos à equação do gás ideal: um para
corrigir o volume das moléculas e o outro para corrigir as
atrações intermoleculares.
• Os termos de correção geram a equação de van der Waals:
onde a e b são constantes empíricas tabeladas. 20
P=nRT
V − nb−
n2a
V 2
correção para o volume
das moléculascorreção para a
atração molecular
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P=nRT
V − nb−
n2a
V 2
( ) nRT=nbVV
an+P −
2
2
21
Equação de van der Waals
ou
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Parâmetros tabelados da equação de van der Waals
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23
Para casa: