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Foto de uma boca de fogão exemplificando as transformações gasosas

Transformações Gasosas

O comportamento dos gases é descrito de acordo com as variáveis de estado: pressão, volume e temperatura. No âmbito do Ensino Médio, nós estudamos os gases considerando-os como gases ideais ou perfeitos. A partir dessas bases, podemos estudar as transformações gasosas.

Um gás ideal é hipotético e se enquadra perfeitamente na teoria cinética dos gases. Essa teoria, entre outras considerações, despreza as interações intermoleculares.

Para estudar as transformações gasosas é importante conhecermos a equação geral dos gases, em que i refere-se ao estado inicial e f estado final:

\frac{PiVi}{Ti}= \frac{PfVf}{Tf}

Para usarmos essa equação a quantidade de massa do gás não deve ser alterada, ou seja, ocorre em sistema fechado.

É importante ficarmos atentos às unidades. A pressão deve estar na mesma unidade (mmHg ou atm) nos dois lados da equação.

Unidades de volume também devem ser as mesmas (litro, cm3, etc.), e temperatura deve estar sempre em Kelvin. Para converter a temperatura de Celsius para Kelvin basta adicionar 273:

Temperatura (K) = Temperatura (oC) + 273

Costuma-se dividir as transformações gasosas em três tipos: isotérmica, isocórica e isobárica. Em cada caso uma variável de estado permanece constante.

Transformações Isotérmicas

Quando a temperatura é mantida constante e tanto a pressão quanto o volume podem variar. Partindo da equação geral dos gases e como a temperatura se mantém constante temos que:

PiVi = PfVf

Essa expressão nos diz que quanto maior for o volume ocupado por um gás menor será sua pressão, ou seja, dizemos que são grandezas inversamente proporcionais. Graficamente, temos:

Transformações Isocóricas

Também conhecidas por isovolumétricas ou isométricas, são transformações em que o volume é mantido constante:

\frac{Pi}{Ti}=\frac{Pf}{Tf}

Nesse caso observamos que quanto maior a temperatura do gás maior será a pressão exercida por ele, fato que pode ser facilmente entendido quando pensamos no conceito de temperatura. Isso porque a temperatura nada mais é do que uma medida do grau de agitação das moléculas.

Se um gás estiver em alta temperatura, maior será a agitação das moléculas. Com isso, mais choques ocorrerão entre as moléculas e as paredes do recipiente. Portanto, maior será a pressão exercida por elas. Graficamente:

Gráfico Pressão x Temperatura

Transformações Isobáricas

São transformações em que a pressão é mantida constante:

\frac{Vi}{Ti}=\frac{Vf}{Tf}

Pela equação vemos que volume e temperatura são diretamente proporcionais, o que significa que se aumentarmos a temperatura, seu volume também irá aumentar. Graficamente:

Gráfico de Volume x Pressão

Volume molar

O volume molar é o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás em determinada pressão e temperatura. No estudo dos gases estipulou-se a pressão de 1 atm e a temperatura de 0ºC ou 273K como sendo as condições normais de temperatura e pressão, conhecida como CNTP.

Nas CNTP 1 mol de qualquer gás ocupa um volume de 22,4 L.

Leis dos gases ideais

Apesar dos estudos das transformações gasosas serem válidas apenas para uma mesma quantidade de gás, elas foram muito úteis para se chegar a outra equação, muito importante na química, a equação de estados dos gases:

PV=nRT

n = número de mols

R = constante universal dos gases perfeitos = 0,082 atm.L/mol.K

Observe que podemos utilizar essa equação sem que necessariamente ocorra uma transformação gasosa. Além disso, a quantidade de gás não precisa permanecer constante.

Exercício de transformações gasosas:

(Enem) Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100°C. Tendo por base essa afirmação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência:

– Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa.

– Quando a água começou a ferver, encostou, cuidadosamente, a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tampando-a em seguida.

– Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo.

Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento

a) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa.

b) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa.

c) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água.

d) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água.

e) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição.

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