2. Os gases representam o estado físico da matériacujos valores de volume, densidade ou forma própria não são definidos. Apresentam alto grau de desordem causado pelo deslocamento livre das partículas que os constituem (átomos, moléculas ou íons – geralmente moléculas) e são objetos de estudos por possuírem grande aplicabilidade no cotidiano, e por ser a camada material na qual mais mantemos contato, afinal, normalmente todo o nosso corpo fica em contato com gases (ar atmosférico). As propriedades dos gases são variáveis, ou seja, por haver determinados e específicos espaços entre seus constituintes (que podem aumentar ou diminuir) o volume, a densidade, a pressão, a viscosidade podem ser alterados. E, é dessa grande inconstância dos gases, que se deriva o estudodos gases. Gases
3. Estudo dos Gases Por possuírem grande mobilidade, os gases são altamente difusos: tendem a preencher rapidamente todo e qualquer recipiente no qual está contido. O estudo dos gases, em nível acadêmicode ensino médio, restringe-se aos gases ideais ou perfeitos, que são aqueles que apresentam proporção direta entre molaridade, volume, temperatura e pressão de um modo homogêneo e previsível. Dentre todas as propriedades que os gases podem apresentar, seguem as mais usuais: Pressão: Somatória das forças que cada constituinte de um gás exerce sobre as paredes de um corpo, ou recipiente, em uma determinada área. Volume: Espaço ocupado por um gás em um determinado recipiente. Temperatura: Estado térmico de agitação das partículas de um gás. E, a essas variáveis (sobre gases ideais) são apresentadas as seguintes fórmulas: Lei de Boyle-Mariotte -> PV = K Lei de Charles -> VT-¹ = K Lei de Gay-Lussac -> PT-¹ = K Essas leis significam a constância dos gases perfeitos nas variáveis: pressão (P), volume (V) e temperatura (T); opondo-se aos gases reais, onde essas leis não se aplicam. Obs.: T-1 = 1/T
4. Lei de Boyle-Mariotte A primeira lei dos gases informa que o produto pressão-volume de um gás ideal é constante para certa temperatura e molaridade. Ou seja, mantendo-se a massa de gás e temperatura constantes, aumentando ou diminuindo-se a pressão (ou volume), aumenta-se ou diminui-se o volume (ou pressão) em uma relação diretamente proporcional. Ex.: Se, a 1 atm de pressão, um gás apresenta 2 l de volume. A 2 atm de pressão, o mesmo gás terá 1 l de volume, de fato que: 1.2 = 2.1 = K
5. A segunda lei dos gases mostra que o produto entre o volume e o inverso da temperatura é constante para a mesma massa de gás e pressão. De modo que, se a uma temperatura de 298 K (ou 25°C), determinado gás possui 2l de volume, a 320 K o mesmo gás terá volume proporcional, de modo que: 2.298-1 = V.320-1 V = 320.2.298-1 V = 2,15 l Ou seja, após aumentar a temperatura em 22K, o volume aumenta em 0,15 l. Lei de Charles
6. A última lei dos gases determina que o produto entre a pressão e o inverso da temperatura de um gás é constante para um dada massa e volume constantes. Ex.: Se determinado gás a 298 K possui pressão igual a 3 atm, à 100 K essa pressão será igual a: 3.298-1 = P2.100-1 P2 = 3.100.298-1 P2 = 1,006 atm Lei de Gay-Lussac
7. Transformações Gasosas As transformações gasosas podem ser de três tipos: isotérmica, isobárica e isocórica (ou isovolumétrica):
8. À temperatura constante, uma massa fixa de um gás tem o seu volume inversamente proporcional à pressão exercida. Portanto aumentando-se a pressão sobre esse gás haverá diminuição do volume que ele ocupa, assim o produto entre a pressão e o volume de um gás é constante Essa relação é também conhecida como Lei de Boyle. Isotérmica
9. Numa quantidade fixa de um gás à pressão constante, o volume ocupado por essa massa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, a qual se for aumentada acarreta também um aumento no volume ocupado. Assim, a relação entre o volume e a temperatura do gás é constante Essa relação é conhecida como a Lei de Charles. Isobárica
10. Uma determinada massa de um gás a volume constante tem sua pressão aumentada com o aumento da temperatura, o que nos faz concluir que a pressão exercida pelo gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Portanto o quociente entre a pressão e a temperatura de um gás é constante Essa relação é conhecida como a Lei de Gay-Lussac. Isovolumétrica
11. Ao relacionar as três transformações gasosas obtemos a equação geral dos gases Podemos estabelecer uma equação mais geral, conhecida como equação de estado dos gases perfeitos ou ideais: onde: P = pressão do gás V = volume do gás n = quantidade de mols T = temperatura absoluta (Kelvin) R = constante universal dos gases Equação Geral dos Gases
12. A primeira lei da termodinâmica é a lei de conservação da energia. Nela observamos a equivalência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia que a energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna. A expressão matemática que traduz esta lei para um sistema não-isolado é: Primeira lei da termodinâmica
13. onde Q representa troca de calor, W a realização de trabalho (sendo respectivamente positivos quando o sistema recebe calor ou nele é realizado trabalho, negativos do contrário) e R a emissão ou absorção de radiação. Podemos simplificar dizendo que existe uma função U (energia interna) cuja variação durante uma transformação depende unicamente de dois estados, o inicial e o final. Num sistema fechado a indicação desta variação é dada como: ...
14. Onde Q e W são, respectivamente, o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o meio. As quantidades W e Q são expressas algebricamente, sendo positivas quando expressam energia recebida pelo sistema. A quantidade R é nula pois, em sistema fechado, não se verificam absorções nem emissões de radiação. A energia interna é definida como a soma das energias cinéticas e de interacção de seus constituintes. Este princípio enuncia, então, a conservação de energia. ...
15. A segunda lei da termodinâmica ou segundo princípio da termodinâmica expressa, de uma forma concisa, que "A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo". Mais sensivelmente, quando uma parte de um sistema fechado interage com outra parte, a energia tende a dividir-se por igual, até que o sistema alcance um equilíbrio térmico. Enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece a conservação de energia em qualquer transformação, a segunda lei estabelece condições para que as transformações termodinâmicas possam ocorrer. Segunda lei da termodinâmica
