CURSO: ENGENHARIA CIVIL FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II 2º Período Prof.a: Érica Muniz UNIDADE 2. Propriedades Moleculares dos Gases

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1 CURSO: ENGENHARIA CIVIL FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II 2º Período Prof.a: Érica Muniz UNIDADE 2 Propriedades Moleculares dos Gases

2 Estado Gasoso Dentre os três estados de agregação, apenas o estado gasosos permite uma descrição quantitativa simples. Importância: Entender e aplicar os princípios fundamentais da termodinâmica estendendo aos sistemas líquidos e sólidos.

3 Equação de estado: A relação matemática baseada nas propriedades m, v, P, T, suficiente para descrever o estado do sistema.

4 Variáveis Volume ocupado por um gás é a capacidade do recipiente em contê-lo. No SI: 1 m 3 = 1000 L 1 dm 3 = 1 L 1 cm 3 = 1 ml

5 Variáveis Pressão- força por unidade de área decorrente do choque das moléculas contra as paredes do recipiente que as contém. P= F/A SI Pascal (P = N/m 2 ) 1 atm= Pa =760 mm Hg = 760 Torr 1 atm = Pa 1atm = 14,7 psi

6 Temperatura- diretamente proporcional à energia cinética das moléculas do gás. Tanto a pressão quanto o volume estão relacionados com a temperatura expresso em K ou C. T (K) = t ( C) + 273,15 Massa- expressa em gramas ou quilogramas ou em número de mols.

7 Na equação de estado, é necessário incluir alguns parâmetros que caracterizam o tipo de gás. Ex: a equação de estado O 2 é diferente de N 2. Pequenas diferenças, pois as interações são fracas nas distâncias intermoleculares típicas do estado gasoso.

8 Modelos dos Gases Ideais Sistemas gasosos rarefeitos ou quando não precisamos de uma grande precisão na descrição do comportamento dos sistemas gasosos. As interações intermoleculares são consideradas nulas. As equações assumem uma forma extremamente simples e independente do tipo de gás. Obs: sistemas de alta pressão, baixas temperaturas ou, então, quando as interações moleculares forem elevadas, o modelo de gases é inadequado.

9 Relação Pressão Volume: Lei de Boyle - Mariotte Lei de Boyle (Isotérmica): volume ocupado por um gás a uma determinada temperatura varia quando a pressão sob o gás varia. PV =K Obs: todos os gases se aproximam do comportamento da Lei de Boyle a baixa pressão e altas temperaturas. O gás ideal, um gás hipotético que obedece exatamente a lei de Boyle a todas temperaturas e pressões. Isto permite dizer que o comportamento PV de um gás real (realmente existe) se aproxima de um gás ideal quando a temperatura é aumentada ou quando a pressão é reduzida.

10 Lei de Boyle-Mariotte Lei de Boyle-Mariotte

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12 Efeitos da Temperatura: Lei de Charles ( Isocórica): Investigou a variação nos volumes de O 2, H 2, CO 2 e ar causados por variações de temperatura. Os gases se expandiram na mesma quantidade relativa quando aquecidos à pressão constante.

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14 Equação da reta V = a ( t +273) V volume do gás T temperatura na escala Kelvin. a inclinação da reta V = a T (P, n constantes)

15 Transformações Isobáricas- Lei de Charles e Gay-Lussac O volume de uma dada massa gasosa, submetida a uma transformação isobárica. É função linear da temperatura. V = V 0 (1 +αt) Onde α é o coeficiente de dilatação térmica, sob pressão constante do gás considerado.

16 Equação Geral do Gás Ideal P.V P.V T T pressão constante V T volume constante P T temperatura constante P 1 V

17 O Número de Avogadro Mas quantas moléculas existem em uma amostra macroscópica de uma dada substância? Vamos definir uma grandeza adequada para lidar com moléculas, é o mol. Um mol é o número de moléculas que existem em 12g de carbono-12. Experimentalmente se determina quantas moléculas existem em um mol, e esse é o chamado número de Avogadro NA, NA = 6,02x10 23 moléculas Desse modo, já podemos relacionar número de moles n e número de moléculas N, ou seja: n N N A

18 Comportamento dos Gás Ideal Princípio de Avogrado Volumes iguais de gases diferentes contém números iguais de moléculas quando medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura. A pressão e temperatura constantes o volume de gás é proporcional ao número de moléculas na amostra. A pressão e temperatura constantes o volume de um gás é proporcional ao número de mols presentes. V α n ( T, p constantes)

19 Lei dos Gás Ideal As leis de Boyle, de Charles e o princípio de Avogrado pela combinação das três proporcionalidades, obtemos: Indica : o volume de uma quantidade determinada de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura na escala Kelvin se a pressão é mantida constante. Escala Kelvin é chamada escala de temperatura absoluta seu ponto fixo mais baixo é o zero absoluto de temperatura.

20 Gases Ideais

21 Gases Ideais

22 Gases Ideais

23 Exemplos 1- Um gás ideal é encerrado num aparelho de Boyle, seu volume é de 247 ml, a pressão é de 625 mmhg. Qual será o novo volume do gás se a pressão é aumentada a 825 mmhg? 2- Certa massa de um gás ocupa o volume de 49,2 l sob pressão de 3 atm e temperatura de 27 C. a constante universal dos gases perfeitos vale 0,082 atm. l/mol.k. Determine: a) o número n de mols do gás; b) a massa do gás, sendo a massa molar M = 28 g/mol; c) o volume de um mol ( volume molar) desse gás nas condições de pressão e temperatura consideradas.

24 3- Certa massa gasosa sob pressão de 3 atm ocupa o volume de 20 L à temperatura de 27 C. Determine: a) o volume ocupado pelo a 127 C, sob pressão de 6 atm; b) a pressão que o gás exerce a 27 C, quando ocupa o volume de 40 litros; c) em que temperatura o volume de 40 L do gás exerce a pressão de 5 atm. 4- Um recipiente indilatável contém 6 mols de um gás perfeito á temperatura de 227 C. um manômetro acoplado ao recipiente acusa certa pressão. Determine o número de mols do gás que devem escapar para que o manômetro não acuse variação de pressão quando o sistema for aquecido até a temperatura de 327 C.

25 LEI DE DALTON Essa lei estabelece que a pressão total de um sistema é dada pela soma das pressões parciais dos gases que o constituem. P T = P 1 + P 2 + P P n Em uma mistura de gases, cada gás exerce uma pressão relativa equivalente à fração molar deste em relação à pressão total da mistura. Essa pressão é chamada de pressão parcial do componente. xi n n i T P i Onde n i = número de mols do componente e n T = é o número total de mols da mistura. x i P T P i P T n n i T

26 Exemplo Em uma câmara de 10 litros, são misturados 1 mol de N 2 e 3 mols de H 2 a 298 K. determine a pressão total a qual está submetido o sistema e quais as pressões parciais. Dado R = 0,082 atm.l/mol.k