Combustíveis Energia e Ambiente. Combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças

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1 Combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças 1

2 Estados físicos de hidrocarbonetos em função do número de carbonos da cadeia Os gases combustíveis podem ser agrupados em famílias, com características de combustão similares. gases combustíveis ricos em monóxido de carbono e em hidrogénio, como o gás de cidade gases naturais e os gases associados ao petróleo bruto. Gases de Petróleo Liquefeitos (GPL), que são o butano (C 4 H 10 ) e o propano (C 3 H 8 ). 2

3 Combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças Gases possuem características físicas distintas dos restantes materiais 3

4 Gases Reais versus Gases Ideais No século XIX alguns físicos, nomeadamente Boltzmann e Maxwel, descobriram que as propriedades físicas dos gases podiam ser explicadas com base nos movimentos das moléculas individuais. Este movimento molecular tem associada uma determinada energia cinética. TEORIA CINÉTICA DOS GASES 4

5 Gases Reais versus Gases Ideais Hipóteses fundamentais da T. C. G. 1. Todo o gás é formado por moléculas em movimento livre e desordenado a grande velocidade. As moléculas chocam entre si e contra as paredes do recipiente. As colisões são perfeitamente elásticas, isto é, pode haver transferência de energia entre as moléculas devido às colisões mas a energia total do sistema permanece constante 2. As moléculas estão muito separadas umas das outras, isto é, o espaço ocupado. 5

6 Gases Reais versus Gases Ideais Hipóteses fundamentais da T. C. G. 3. pelas partículas é desprezável relativamente ao espaço "vazio" existente no recipiente em que se encontram. As moléculas podem ser consideradas pontuais, isto é, têm massa mas o seu volume é desprezável. 4. Não existem forças atractivas nem repulsivas entre as moléculas de um gás. 5. A energia cinética média das moléculas é proporcional à temperatura do gás. 6

7 Gases Reais versus Gases Ideais O gás perfeito ou ideal obedece, rigorosamente, às hipóteses do modelo descrito pela teoria cinética dos gases. O gás real, afasta-se do comportamento do gás ideal, principalmente a pressões muito elevadas e/ou temperaturas muito baixas A uma amostra gasosa constituída por uma certa quantidade de matéria (n) podemos associar três grandezas ou variáveis que se relacionam matematicamente entre si. São elas o volume (V), a pressão (P) e a temperatura (T). 7

8 Pressão Volume e Temperatura Unidade Resulta SI das pascal colisões Pa das partículas com as paredes do recipiente. 1Pa = 1N/m 2 = 1Kg/ms 2 Pressão Depende da frequência das colisões por unidade de área e da velocidade com que as partículas chocam com Relações as paredes entre unidades de Pressão Por definição pressão = força / área 8

9 Pressão Volume e Temperatura Volume Volume do recipiente que o contém. Unidade SI metro cúbico m 3 T absoluta medida energia cinética média das partículas Temperatura Unidade SI Kelvin K (T absoluta) Relação entre temperaturas Celsius e Kelvin T (K) = θ (ºC)

10 Relação entre P, V, T e n Relação Volume - Pressão: Lei de Boyle- Mariotte (n,t constantes) PV = constante Representação gráfica da variação de volume de uma amostra de gás com a pressão exercida sobre ele, a temperatura constante. (a) p em função de V; (b) p em função de 1/V. (a) (b) 10

11 Relação entre P, V, T e n Relação V - T: Lei de Charles e Gay- Lussac (n,p constantes) Verifica-se que, para uma amostra de gás, existe uma proporcionalidade directa entre volume que ocupada e a sua temperatura absoluta, a uma determinada pressão. V/T = constante 11

12 Relação entre P, V, T e n Relação V - n: Lei de Avogadro (T,P constantes) Em 1811, Amadeu Avogadro pôs a hipótese de, à mesma temperatura e pressão, volumes iguais de gases conterem o mesmo número de moléculas. V/n = constante 12

13 Relação entre P, V, T e n Lei Boyle PV = constante Lei Charles Lei Avogadro V α n T 1/P V/T = constante V P = K n T V/n = constante 13

14 Relação entre P, V, T e n Equação de V estado PV P = n K dos R n T Gases Ideais A PTN 1 mole ocupa um volume de 22.4 dm 3 SI CGS P (Pa) 10 5 P (atm) 1 V (m 3 ) 22.4x10-3 V (dm 3 ) 22.4 T (K) T (K) n (mol) 1 n (mol) 1 K = R = K = R = Pa. m 3.mol -1.K -1 atm. dm 3.mol -1.K -1 14

15 Em que condições um gás se comporta como real? Os desvios de comportamento em relação aos gases ideais ocorrem porque, não são desprezáveis: O volume das moléculas As interacções moleculares (atracção e de repulsão). Um gás real aproximar-se-á tanto mais do comportamento de um gás ideal quanto: mais elevada for a temperatura; maior for a rarefacção (menor número de moléculas por unidade de volume), o que implica ficar sujeito a pressões mais baixas. 15