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Estado de agregação: gasosos
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Fases da matériaFases da matéria
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Movimento aleatório de átomos e moléculas
Fluem rapidamente e se difundem rapidamente
Assumem tanto o volume quanto a forma do recipiente
São altamente compressíveis
Formam misturas entre si
Características dos gasososCaracterísticas dos gasosos
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Características dos gasososCaracterísticas dos gasosos
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Denominação
• Gás ideal
• Gás real
• Vapor
GasososGasosos
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Teoria desenvolvida para explicar o comportamento dos gasosos
Teoria cinético-molecularTeoria cinético-molecular
Fornece um entendimento sobre o comportamento dos gasosos, ao nível molecular, que pode ser representado
quantitativamente
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Hipóteses para o modelo cinético1. Gasosos consistem de grande número de moléculas
em movimento aleatório contínuo (movimento browniano)
2. Moléculas gasosas são pontos infinitamente pequenos3. Moléculas gasosas se movem em linhas retas até
colidirem4. Moléculas gasosas não se influenciam umas às
outras, exceto durante as colisões5. Energia cinética média das moléculas é proporcional à
temperatura
Teoria cinético-molecularTeoria cinético-molecular
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Há uma variedade de energias individuais de moléculas gasosas em qualquer sistema gasoso
À medida que a temperatura aumenta, a energia cinética média das moléculas gasosas aumenta
À medida que a energia cinética aumenta, a velocidade das moléculas gasosas aumenta
Teoria cinético-molecularTeoria cinético-molecular
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Velocidade média das moléculas gasosas é proporcional a raiz quadrada da temperatura e inversamente proporcional à raiz quadrada da massa molar
Teoria cinético-molecularTeoria cinético-molecular
Vm ∞ ( T / M )1/2
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Define-se TPP como temperatura e pressão padrão
• 273,15K e 1atm
Equação do gás idealEquação do gás ideal
Volume molar de gás ideal nas condições na TPP:
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Equação do gás idealEquação do gás ideal
Equação de estado do gás ideal: equação de Clapeyron
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Densidade e massa molar• Densidade: unidades de massa por unidades de volume
• Reajustando a equação ideal dos gases com M (massa molar)
RTP
dVn
RTP
Vn
nRTPV
MM
Aplicações da equação do Aplicações da equação do gás idealgás ideal
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Densidade e massa molarMassa molar de um gás pode ser determinada pela
densidade
PdRTM
A equação do gás idealA equação do gás ideal
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Teoria Cinética molecularTeoria Cinética molecular
Lei da efusão de Graham • À medida que a energia
cinética aumenta, a velocidade das moléculas do gás aumenta.
• A efusão é a evasão de um gás através de um buraco pequeno (um balão esvaziará com o tempo devido à efusão).
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Relacionando a equação do gás ideal
e as leis dos gases
Em geral, um gás sob duas condições:
22
22
11
11TnVP
TnVP
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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PRESSÃOA pressão de um gás resulta do
número de colisões por unidade de tempo nas paredes do recipiente
A ordem de grandeza da pressão é dada pela freqüência e pela força da colisão das moléculas
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Efeito do aumento de V (a T constante)
• energia cinética média do gás permanece constante
• aumento de V faz com que as moléculas viajem mais para atingirem as paredes do recipiente; P diminui
Efeito do aumento da T (a V constante)
• energia cinética média das moléculas aumenta (aumento de u)
• mais colisões com as paredes do recipiente; P aumenta
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Relação P x V: lei de Boyle• Matematicamente:
• Gráfico de V versus P é um hiperbolóide• Da mesma forma, um gráfico de V versus 1/P deve
ser uma linha reta passando pela origem
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Relação P x V: lei de Boyle
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Relação V x T: lei de Charles• Balões de ar expandem quando são aquecidos
• Volume de uma quantidade fixa de gás à pressão constante aumenta com o aumento da temperatura
• Matematicamente:
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Hipóteses de Avogadro:
• volumes iguais de gases, à mesma temperatura e
pressão, contêm o mesmo número de moléculas
• volume de gás, a uma dada temperatura e
pressão, é diretamente proporcional à quantidade
de matéria do gás
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Difusão e caminho médio livre• Difusão de um gás é a sua propagação pelo
espaço e será mais rápida para as moléculas menores de gás
• Difusão tem sua velocidade reduzida pelas colisões entre as moléculas de gás
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Efusão e difusão molecular• Dois gases à mesma temperatura: o gás mais leve tem
uma velocidade mais alta do que o gás mais pesado
• Matematicamente:
MRT
u3
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Lei da efusão de Graham
• Para dois gases com massas molares M1 e M2, a velocidade relativa de difusão ou efusão é dada por
1
2
2
1
2
1
2
13
3
MM
M
M RT
RT
uu
rr
Leis físicas dos gases Leis físicas dos gases
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Da equação do gás ideal,
nRTPV
Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
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Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
Para 1 mol de gás ideal, PV/RT = 1 para todas as pressões e todas as temperaturas
• Em um gás real, PV/RT varia significativamente de 1
Quanto maior for a pressão do gás, maior será o desvio do comportamento idealQuanto maior a temperatura, os gases se comportam de mais idealmente
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A teoria cinético-molecular mostra as falhas do comportamento de gás ideal:
• as moléculas de um gás real têm volume finito
• as moléculas de um gás real se atraem
Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
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Com aumento da pressão, as moléculas gasosas ficam mais unidas
• diminui a distância intermolecular
• diminui o espaço disponível
• aumenta a concentração• maior a chance de
interação
(desvio da idealidade)
Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
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Com aumento da temperatura, as moléculas de gás se movem mais rapidamente e se distanciam mais entre si
• altas temperaturas significam também mais energia disponível para a quebra das forças de interação
• quanto maior a temperatura, maior a idealidade do gás
Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
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Equação de van der WaalsDois termos são adicionados à equação do gás ideal:
• para corrigir o volume das moléculas
• para corrigir as atrações intermoleculares
Os termos de correção geram a equação de van der Waals:
onde a e b são constantes empíricas
2
2
V
annbV
nRTP
Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
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Equação de van der Waals
• Forma geral da equação de van der Waals:
2
2
V
annbV
nRTP
nRTnbVV
anP
2
2
Correção para o volume das moléculas
Correção para a atração molecular
Gases reais: Gases reais: desvios da idealidade desvios da idealidade
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Uma vez que as moléculas gasosas estão muito separadas, supõe-se comportamento independente
• Lei de Dalton: em uma mistura gasosa, a pressão total é obtida pela soma das pressões parciais de cada componente:
321total PPPP
VRT
nP ii
Mistura de gases e Mistura de gases e pressões parciaispressões parciais
Cada gás obedece à equação ideal dos gases:
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Combinando as equações:
Pressões parciais e frações em quantidade de matéria
• Considere ni a quantidade de matéria de gás i exercendo uma pressão parcial Pi, então:
onde i é a fração em quantidade de matéria (ni/nt).
VRT
nnnP 321total
totalPP ii
Mistura de gases e Mistura de gases e pressões parciaispressões parciais
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Volumes de gases em reações químicas
• A equação ideal dos gases relaciona P, V e T ao número de mols (n) do gás
• O n pode então ser usado em cálculos estequiométricos
Leis químicas dos gases Leis químicas dos gases
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A lei de Gay-Lussac: a determinadas temperatura e pressão, os volumes dos gases que reagem e são produzidos são relações proporções de números inteiros pequenos
Leis químicas dos gases Leis químicas dos gases
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Relação V x n: lei de Avogadro
As leis dos gasesAs leis dos gases
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Anestésicos: causam perda da atividade muscular
• N2O; HC; etil éter e isopropil éter; acetonas alifáticas; álcoois alifáticos
Asfixiantes: diminuição da respiração por danos às células vermelhas do sangue na capacidade de transportar oxigênio (O2 < 15% no ar)
• metano, etano, propano, butano, GLP, acetileno, N2, H2, CO, CO2
Irritantes: produzem irritação ou inflamação dos tecidos (olhos, pele e membranas)
• ácidos voláteis, NH3, Cl2, SOx, NOx
Gasosos: Gasosos: propriedades perigosas propriedades perigosas
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Corrosivos: produzem queimaduras, destroem pele e tecidos, atacam diversos materiais
• H2S, CO2, NO2, SO2, SO3 HCl, HBr, HF(v)
Criogênicos: substâncias ou misturas refrigerantes para obtenção de baixas temperaturas que causa queimaduras
• N2; CO2
Inflamáveis: entram em combustão com facilidade e podem causar explosão
• metano, etano, propano, butano, acetileno, H2, CO, H2S, SO2, NO2
Tóxicos: substâncias em geral que causam irritação, edema, necrose, inflamação, alergia
• HCN, CO, H2S, SO2, Cl2, O3, N2H4, CH2CHCHO, Br2(v), Hg(v)
Gasosos: Gasosos: propriedades perigosas propriedades perigosas