Gases Captulo 5 Elementos que existem sob a

Gases Capítulo 5

Elementos que existem sob a forma de gases a 25 0 C e 1 atmosfera 5. 1

Algumas substâncias que ocorrem sob a forma de gases a 25 ºC e 1 atm Elementos Compostos 5. 1

Natureza do estado gasoso Br 2 (g) • Ocupa rapidamente todo o volume do recipiente • Toma a forma do recipiente • Compressível

Natureza do estado gasoso

Simulação do movimento de moléculas num gás

Estado de um gás • Quantidade de substância • Volume • Temperatura • Pressão

Pressão = Força Área Unidades de pressão 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 Pressão atmosférica 1 atm = 760 mm. Hg = 760 torr 1 atm = 101 325 Pa Barómetro 5. 2

Coluna de ar 16 Km 4 Km Nível do mar 0, 2 atm 0, 5 atm 1 atm 5. 2

Pressão atmosférica • Unidade SI – 1 Pa = 1 Nm-2=1 Kgm-1 s-2 • Unidades convencionais – 1 atm = 1, 01325 x 105 Pa » (exacto) – 1 bar = 105 Pa (exacto) – 1 Torr = 133, 3223684 Pa » (exacto) – Conversões • • 1 atm = 760 Torr 1 atm = 1, 01325 bar

Manómetro

Aparelho para estudar a relação entre a Pressão e o Volume de um gás À medida que P (h) aumenta V diminui 5. 3

Lei de Boyle (sec. XVII) A temperatura constante:

Se um elefante subir para um recipiente cúbico de 1 m 3 com o topo móvel, qual é o volume final de gás? • M(elefante) = 7, 5 ton Pinicial = 1, 01 x 105 Pa Pfinal=Pinicial+Pelefante=1, 01 x 105 Pa + 7, 4 x 104 Pa = 1, 75 x 105 Pa

Só como curiosidade. . • Se o recipiente tivesse o mesmo volume mas fosse paralelipipédico com uma base de 0, 5 mx 0, 5 m o volume final de gás seria de 0, 26 m 3. Ou seja o elefante desceria de 8 m de altura para 1 m de altura

Início Final P=21, 5 atm P=1, 55 atm T constante

Expansão e contração de um gás Tubo capilar Mercúrio Gás Temperatura baixa À medida que T aumenta Temperatura alta V aumenta 5. 3

Lei de Charles, variação do volume de um gás com a temperatura a pressão constante 0 K -273, 15 º C Temperatura absoluta (K)

Uma amostra de monóxido de carbono gasoso ocupa 3, 20 L a 25 0 C. A que temperatura é que o gás ocupará um volume de 1, 54 L se a pressão permanecer constante? V 1/T 1 = V 2/T 2 V 1 = 3, 20 L V 2 = 1, 54 L T 1 = 298, 15 K T 2 = ? V 2 x T 1 = T 2 = V 1 1, 54 L x 298, 15 K 3, 20 L = 143 K 5. 3

Lei de Avogadro Temperatura e Pressão constantes!! 5. 3

O amoníaco queima na presença de oxigénio para formar óxido nítrico (NO) e vapor de água. Quantos volumes de NO é que se obtêm a partir de um volume de amoníaco às mesmas pressão e temperatura? 4 NH 3 + 5 O 2 1 mole NH 3 4 NO + 6 H 2 O 1 mole NO A T e P constantes 1 volume NH 3 1 volume NO 5. 3

Lei dos Gases Ideais Lei de Boyle: V a 1 (a n e T constantes) P Lei de Charles: V a T (a n e P constantes) Lei de Avogadro: V a n (a P e T constantes) Va n. T P n. T V = constante x =R P P R é a constante dos gases ideais 5. 4

Lei dos gases ideais R = 0, 0820578 dm 3 atm K-1 mol-1 = 8, 31451 J K-1 mol-1

As condições 0 0 C e 1 atm denominam-se pressão e temperatura normais (PTN). Experimentalmente verificou-se que, em condições PTN, 1 mole de um gás ideal ocupa exactamente 22, 414 L. PV = n. RT (1 atm)(22, 414 L) PV R= = n. T (1 mol)(273, 15 K) R = 0, 082057 L • atm / (mol • K) 5. 4

Qual o volume (em litros) ocupado por 49, 8 g de HCl em condições PTN? T = 0 0 C = 273, 15 K PV = n. RT V= P P = 1 atm n = 49, 8 g x 1, 37 mol x 0, 0821 V= L • atm mol • K 1 mol HCl = 1, 37 mol 36, 45 g HCl x 273, 15 K 1 atm V = 30, 6 L 5. 4

Os sais de nitrato decompõe-se por aquecimento dando origem a sais de nitrito e a dioxigénio. Numa experiência deste tipo recolheram-se 0, 20 mol de dioxigénio num recipiente de 4, 0 L à temperatura ambiente. Qual é a pressão dentro do recipiente? PV = n. RT n, V, T e R são constantes

O árgon é um gás inerte utilizado em lâmpadas para retardar a vaporização do filamento. Uma lâmpada contendo árgon a 1, 20 atm e 18 0 C é aquecida a 85 0 C a volume constante. Qual a pressão final de árgon na lâmpada (em atm)? PV = n. RT n, V e R são constantes n. R = P = constante T V P 1 P 2 = T 1 T 2 P 1 = 1, 20 atm T 1 = 291 K P 2 = ? T 2 = 358 K T 2 = 1, 20 atm x 358 K = 1, 48 atm P 2 = P 1 x 291 K T 1 5. 4

Lei da combinação de volumes Em condições de pressão e temperatura constantes: 2 O 2 (g) + N 2(g) → 2 NO 2 (g) 2 n mol 2 V n mol V 2 n mol n ∝ V 2 V

Estequiometria com Gases Calcule o volume de CO 2 produzido a 370 C e 1, 00 atm quando 5, 60 g de glucose são consumidas na reacção: C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) g C 6 H 12 O 6 5, 60 g C 6 H 12 O 6 V= × n. RT = P 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (l) mol C 6 H 12 O 6 180 g C 6 H 12 O 6 × mol CO 2 6 mol CO 2 1 mol C 6 H 12 O 6 V CO 2 = 0, 187 mol CO 2 L • atm × 310, 15 K mol • K 1, 00 atm 0, 187 mol × 0, 0821 = 4, 76 L 5. 5

Misturas de gases • Lei de Dalton: A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma das pressões parciais de cada um dos gases.

Misturas de gases

Considerar o caso em que dois gases, A e B, se encontram num contentor com volume V. n. ART PA = V n. A é o número de moles de A n. BRT PB = V n. B é o número de moles de B PT = PA + PB n. A XA = n. A + n. B PA = XA PT n. B XB = n. A + n. B PB = XB PT Pi = Xi PT 5. 6

Uma amostra de gás natural contém 8, 24 moles de CH 4, 0, 421 moles de C 2 H 6, e 0, 116 moles de C 3 H 8. Se a pressão total dos gases for 1, 37 atm, qual é a pressão pacial de propano (C 3 H 8)? Pi = Xi PT PT = 1, 37 atm 0, 116 Xpropano = 8, 24 + 0, 421 + 0, 116 = 0, 0132 Ppropano = 0, 0132 x 1, 37 atm = 0, 0181 atm 5. 6

Teoria Cinética Molecular dos Gases • Boltzmann e Maxwell: as propriedades físicas dos gases podem ser explicados com base nos movimentos das moléculas individuais. • Energia = trabalho realizado (W) = força (F) x deslocamento (Ds) • Unidade SI de energia é joule (J): 1 J = 1 kg m 2/s 2 =1 Nm 5. 7

Teoria Cinética Molecular dos Gases 1. Um gás é constituído por moléculas, separadas umas das outras por distâncias muito maiores que as suas próprias dimensões. As moléculas podem ser consideradas como pontos, isto é, possuem massa mas têm volume desprezável. 2. As moléculas de um gás estão em movimento constante em todas as direcções e colidem frequentemente umas com as outras. As colisões entre as moléculas são perfeitamente elásticas. Por outras palavras, a energia é transferida de uma molécula para outra como consequência de uma colisão. No entanto, a energia total das moléculas de um sistema permanece constante. 3. Não existem forças atractivas nem repulsivas entre as moléculas de um gás. 4. A energia cinética média das moléculas é proporcional à temperatura do gás, em kelvin. Quaisquer gases à mesma temperatura têm a mesma energia cinética. 5. 7

Teoria Cinética dos Gases e … • Compressibilidade dos Gases • Lei de Boyle P a taxa de colisão com as paredes do recipiente taxa de colisão a densidade a 1/V P a 1/V • Lei de Charles P a taxa de colisão com as paredes do recipiente taxa de colisão a energia cinética média das moléculas do gás Energia cinética média a T Pa. T 5. 7

Teoria Cinética dos Gases e … • Lei de Avogadro P a taxa de colisão com as paredes do recipiente taxa de colisão a densidade Pan • Lei de Dalton das Pressões Parciais As moléculas não se atraem nem se repelem umas às outras P exercida pelas moléculas de um gás não é afectada pela presença de outro gás Ptotal = Spi 5. 7

Dispositivo para estudar a distribuição molecular das velocidades 5. 7

Distribuição das velocidades para as moléculas do azoto gasoso a três temperaturas diferentes. Velocidade quadrática média = urms = velocidade molecular média Distribuição das velocidades de três gases diferentes à mesma temperatura. urms = M 3 RT 5. 7

A difusão de um gás é a mistura gradual das moléculas de um gás com as moléculas de outro devido às suas propriedades cinéticas. NH 4 Cl NH 3 17 g/mol HCl 36 g/mol 5. 7

Desvios do Comportamento Ideal 1 mole de gás ideal Forças repulsivas PV = n. RT PV = 1, 0 n= RT Forças atractivas 5. 8

Efeito das forças intermoleculares na pressão exercida por um gás 5. 8

Equação de Van der Waals para um gás real 2 an ( P + V 2 ) (V – nb) = n. RT } } pressão corrigida volume corrigido 5. 8

Química em Acção: Átomos Super-Frios Distribuição das velocidades de Maxwell para átomos de Rb gasoso T = 1, 7 × 10– 7 K Condensado de Bose-Einstein: uma nova forma de matéria criada em 1995