Apostila Gases PDF

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Resumos de gases...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Disciplina: Química I (QUI0064) Profa. Dra. Débora Santos Silva Bezerra ESTUDO O DOS G ASES Fórmulas moleculares simples; massa molecular pequena; estado físico desorganizado (0,1% do espaço do recipiente); sempre formam misturas homogêneas com outros gases, altamente compressíveis, densidades baixas.

Gás versus Vapor Gás: é o estado fluido da matéria. Para que ele seja liquefeito é necessário que simultaneamente se diminua a temperatura e aumente a pressão. Vapor: se refere à matéria no estado gasoso em equilíbrio com o seu líquido ou sólido correspondente.

Características dos gases Os gases são altamente compressíveis e ocupam o volume total de seus recipientes. Quando um gás é submetido à pressão, seu volume diminui. Gases diferentes possuem densidades diferentes (CATP). As leis dos Gases Para descrever os gases, somente quatro variáveis são necessárias: a pressão do gás (P), seu volume (V), temperatura (T ,°K), e a quantidade do gás (n, mol). a) Relação entre pressão e volume: Lei de Boyle O volume de uma quantidade fixa de gás é inversamente proporcional à sua pressão. Matematicamente: V  1/P quando n e T são constantes. P1V1 = P2V2

Exemplo: Um cilindro com êmbolo móvel contém 100 mL de CO2 a 1,0 atm. Mantendo a temperatura constante, se quisermos que o volume diminua para 25 mL, teremos que aplicar uma pressão igual a quanto? Exemplo: Considere que um recipiente com êmbulo móvel, capaz de deslizar sem atrito, contém 20 L de O2(g) sob pressão de 160 KPa a 289 K. Qual o volume do gás se a pressão for reduzida para 80 KPa nessa mesma temperatura? Exemplo: Sem alterar a massa e a temperatura de um gás, desejamos que um sistema que ocupa 800 mL a 0,2 atm passe a ter pressão de 0,8 atm. Para isso, o volume do gás deverá ser reduzido para quanto?

b) Relação entre temperatura e volume: Lei de Charles O volume de uma quantidade fixa de gás à pressão constante aumenta com o aumento da temperatura. Matematicamente: V  T quando n e P são constantes.

Exemplo: Considere um recipiente fechado, dotado de um êmbulo que pode se deslocar sem atrito, com N2 gasoso. O volume ocupado é de 9 L na temperatura de 25 ⁰C e sob pressão de 210 KPa. Mantendo-se a pressão constante e elevando a temperatura para 174 ⁰C, qual o volume que o gás ocupará? Exemplo: Um balão de hélio tem volume igual a 12,4 L quando a pressão é 0,885 atm e a temperatura, 22 ⁰C. O balão é resfriado sob pressão constante até a temperatura de 18 ⁰C. Qual é o volume do balão nessas condições? c) Relação entre pressão e temperatura: Lei de Gay-Lussac A pressão de uma quantidade fixa de gás em um volume constante aumenta com o aumento da temperatura. Matematicamente: P  T quando n e V são constantes.

Exemplo: A pressão total do ar no interior de um pneu era 2,30 atm quando a temperatura do pneu era 27 ⁰C. Depois de ter rodado um certo tempo com este pneu, mediu-se novamente sua pressão e verificou-se que esta era agora 2,53 atm. Suponha a variação de volume do pneu desprezível, a nova temperatura será? Exemplo: Em um dia de inverno, à temperatura de 0 0C, colocou-se uma amostra de ar, à pressão de 1,0 atm, em um recipiente de volume constante. Transportando essa amostra para um ambiente a 60 0C, que pressão ela apresentará?

d) Lei Geral dos Gases (P, V e T)

Exemplo: Um balão cheio tem volume de 6,0 L no nível do mar e é incitado a subir até que a pressão seja 0,45 atm. Durante a subida a temperatura cai de de 22 ⁰C para -25 ⁰C. Calcule o volume do balão a essa altitude final. Exemplo: Determinada massa de gás num estado inicial A sofre as transformações indicadas no diagrama abaixo. Determine TB e VC.

Relação quantidade-volume: Princípio de Avogadro O volume de gás a uma dada temperatura e pressão é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás. Matematicamente: V  n quando T e P são constantes.

A lei dos gases ideais: Equação de Clapeyron

P V R T

 RT  V    P 

Combinando as Leis dos Gases temos:





Constante universal dos gases (R) Diz como a pressão e volume estão sendo influenciadas pela temperatura. Valor de R

Unidades

0,082

atm L mol-1 K-1

62,36

mmHg L mol -1 K-1

8,309

Pa m3 mol-1 K-1 kPa L mol-1 K-1

8,314

Exemplo: O carbonato de cálcio, CaCO3(s), decompõe-se com o aquecimento para produzir CaO(s) e CO2(g). Uma amostra de CaCO3 é decomposta e o dióxido de carbono é coletado em um frasco de 250 mL. Depois de a decomposição se completar, o gás tem pressão de 1,3 atm à temperatura de 31 ⁰C. Qual a quantidade de matéria de gás CO2 produzida? Exemplo: O volume de 8,2 L é ocupado por 64 g de gás oxigênio, à temperatura de 27 °C. Qual é a pressão no interior do recipiente? Exemplo: O gás nitrogênio em um air bag automotivo, com um volume de 65 L, exerce uma pressão de 829 mmHg a 25 oC. Qual a quantidade de gás N 2 (em mols) no air bag? Teoria Cinética Molecular dos Gases - Um gás é uma coleção de partículas em constante movimento aleatório e desordenado; - O espaço entre as partículas é muito maior do que o tamanho de cada partícula;

- As partículas chocam-se (choques elásticos) entre si e com as paredes do recipiente que contém o gás. - A velocidade média de uma amostra de gás aumenta com o aumento da temperatura. Aplicação da Equação de Clapeyron Densidade de um gás

Massa molar de um gás

Exemplo: Qual é a densidade do vapor de tetracloreto de carbono a 714 torr e 125 ⁰C? Exemplo: Calcule a massa molar média do ar seco se sua densidade for 1,17 g L -1 a 740 torr e 21 ⁰C. Exemplo: Calcule a densidade do CO2 nas CNTP. O CO2 é mais ou é menos denso que o ar (cuja densidade é 1,29 g L-1 nas CNTP)?

Misturas de Gases x Pressões Parciais Lei de Dalton: em uma mistura gasosa, a pressão total é dada pela soma das pressões parciais de cada componente:

Como cada gás obedece à equação dos gases, se combinar as equações, teremos:

Considerando n i a quantidade de matéria do gás i exercendo uma pressão parcial P i, então:

Exemplo: Uma mistura gasosa feita com 9,0 g de CH 4 e 6,0 g de O2 é colocada em recipiente de 15,0 L a 0 ºC. Qual é a pressão parcial de cada gás e a pressão total no recipiente? Exemplo: Sabendo que a composição percentual da atmosfera de Titã, a maior lua de Saturno, consiste em 82% mol de N 2, 12% mol de Ar e 6% mol de CH4, calcule a pressão parcial de cada gás na atmosfera de Titã. Considere que a pressão total na superfície de Titã é 1200 torr. Exemplo: Halotano, C2HBrClF3, é um gás não inflamável, não explosivo e não irritante que foi amplamente utilizado como um anestésico de inalação. A pressão total de uma mistura de 15,0 g de vapor de halotano e 23,5 g de gás oxigênio é de 855 mmHg. Qual é a pressão parcial de cada gás?

Unidades de medida e conversão das unidades a) Volume: unidade no SI (m3) 1 m3 = 1000 L

1dm3 = 1 L = 1000 mL = 1000 cm3

b) Pressão: unidade no SI (Pa = N m-3) 1 KPa = 1000 Pa

1 atm = 760 mmHg

1 KPa = 7,5 mmHg -3

1 KPa = 9,87 x 10 atm

1 atm = 760 torr 1 atm = 101325 Pa

c) Temperatura: unidade no SI (K) T (K) = t (⁰C) + 273,15...