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Gases Ideais - Coggle Diagram
Gases Ideais
Gases Ideais e Lei Geral dos Gases Perfeitos
Equação de estado do gás perfeito
O comportamento e o estado de um gás ideal podem ser descritos de forma simplificada a partir de três variáveis, denominadas variáveis de estado.
Essas três variáveis de estado são:
• a pressão p (associada ao choque das moléculas contra as paredes do recipiente);
• o volume V (volume do gás equivalente ao volume do recipiente);
• A temperatura absoluta T (associada ao grau de agitação térmica das moléculas ou átomos do gás, sempre medida na escala Kelvin). É importante relembrar que a temperatura absoluta T é relacionada com a temperatura Celsius θc através da seguinte expressão:
T = θc + 273
Em 1834, reunindo as leis de Boyle-Mariotte, Charles e Gay-Lussac, e a lei de Avogadro, o físico e engenheiro francês Émile Clapeyron concluiu que a relação pV/T é diretamente proporcional ao número de mols n do gás.
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Lei geral dos gases perfeitos
Consideremos determinada quantidade de gás inicialmente no estado 1 (definido pela pressão PI, volume VI e temperatura TI).
Ao sofrer uma transformação sem variação de massa, esse gás passa para o estado 2 (definido pela pressão P2, volume V2 e temperatura T2), conforme mostrado na figura.
Da equação de Clapeyron, temos
p1V1/T1 = n1.R
e
p2V2/T2 = n2.R
Como a quantidade de gás não variou na transformação, podemos igualar o quociente T dos dois estados e obter a lei geral dos gases perfeitos. Assim:
Modelo do gás perfeito ou gás ideal
O gás perfeito ou gás ideal é um modelo teórico que permite estudar, de maneira simplificada, o comportamento dos gases reais. O gás ideal não existe na prática. No modelo do gás ideal:
• as moléculas têm massa, mas o volume de cada uma delas é desprezível;
• as moléculas estão em constante estado de movimentação desordenada e aleatória e, entre um choque com outra molécula ou com as paredes do recipiente, deslocam-se em movimento retilíneo e uniforme;
• as moléculas interagem umas com as outras apenas durante as colisões;
• todas as colisões, entre duas moléculas ou entre uma molécula e a parede do recipiente, são perfeitamente elásticas e têm duração desprezível;
• o volume total das moléculas é desprezível quando comparado ao volume do recipiente em que o gás está contido.
A altas temperaturas e a baixas pressões, os gases reais, sobretudo os gases monoatômicos, comportam-se aproximadamente como gases ideais.
Lei de Avogadro
Iguais volumes de quaisquer gases encerram o mesmo número de moléculas, quando medidos nas mesmas condições de temperatura e pressao.
Uma confirmação da lei de Avogadro vem expressa na seguinte propriedade experimental:
1 mol de qualquer gás (n = 1 mol) à temperatura de 0 oc e à pressão de 1 atm ocupa um volume de 22,4 L.
Número de Avogadro
A quantidade de matéria equivalente a 1 mol de um gás é o conjunto constituído por 6,02 • 1023 moléculas desse gás. Esse número, geralmente representado por N0, é denominado número de Avogadro.
N0 = 6,02 • 1023
O número de mols n de um gás é dado pelo quociente entre a massa m do gás e sua massa molar M ou pelo quociente entre o número de moléculas N do gás e o número de Avogadro No. Assim:
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Transformações particulares dos gases ideais
Como vimos, Clapeyron obteve uma relação entre as variáveis de estado do gás (p, V e T ) e a quantidade de gás (n) ao analisar as leis experimentais de BoyleMariotte, de Charles e de Gay-Lussac. Essas leis correspondem a transformações particulares de um gás.
Lei de Boyle-Mariotte
Uma transformação na qual a temperatura permanece constante é chamada transformação isotérmica.
A lei de Boyle-Mariotte, estabelece que:
Sob temperatura absoluta constante, a pressão e o volume de uma dada massa de gás ideal são grandezas inversamente proporcionais:
Lei de Charles
Uma transformação na qual a pressão permanece constante é chamada transformação isobárica.
A lei de Charles, estabelece que:
Sob pressão constante, o volume e a temperatura absoluta de uma dada massa de gás ideal são grandezas diretamente proporcionais: V oc T.
Lei de Gay-Lussac
Uma transformação na qual o volume permanece constante é chamada transformação isocórica (ou isométrica ou, ainda, isovolumétrica).
A lei de Gay-Lussac, estabelece que:
Sob volume constante, a pressão e a temperatura absoluta de uma dada massa de gás ideal são grandezas diretamente proporcionais: p cx T.
Observe que essas três leis podem ser obtidas a partir da lei geral dos gases:
Essas transformações gasosas particulares podem ser representadas em diagramas cartesianos. Os diagramas mais comuns são: pressão x volume, (também chamado de diagrama de Clapeyron), pressão x temperatura e volume x temperatura. A figura mostra cada uma das transformações particulares, respectivamente, nos três diagramas mais comuns.
