Lei geral dos gases (Equação de Clayperon).pptx

QUIMICA

1. IEMA – Unidade Plena Pindaré - Mirim Prof. Dr.(a) Helilma Pinheiro Lei Geral dos Gases 1- Aula Química. Turma 201, 202, 203 e 204. Data 23.02.21 Físico - Química

2. O que é Gás? 2 FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

3. Estado gasoso é quando as partículas de uma substância apresentam uma alta energia cinética . Estado Gasoso. MOVIMENTO

4. Estudo dos Gases 5 FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases Entender o comportamento dos gases quando aprisionados, servirá para compreensão de muitas situações do nosso cotidiano. Além disso, servirá de fundamento para entender o funcionamento de máquinas térmicas.

5. Teoria cinética dos gases

6. Variáveis de estado São as variáveis que definem a condição ou o estado de uma certa massa de gás; São 4 : Pressão Volume Temperatura

7. Número de moles Para especificar a quantidade do gás, é comum usar o número de moles. Um mol de um gás contém 6,02x10 23 moléculas desse gás. Essa número é o Número de Avogadro. A massa de 1 mol de um gás é chamada de massa molar M M  m n

8. Lei de Avogadro O volume de um gás é proporcional ao número de moléculas desse gás, independente de sua natureza.

9. Relação entre as variáveis Quando dobramos o números de moles, dobramos o volume, mantendo a pressão e a temperatura: V 1  V 2 n 1 n 2 Lei de Avogadro

10. Unidades de pressão

11. Mudança isotérmica Mantendo a temperatura constante, a pressão é inversamente proporcional ao volume. P 1  V 1  P 2  V 2 Lei de Boyle-Mariotte

12. Mudança isocórica Mantendo o volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura. P 1  P 2 T 1 T 2 Lei de Gay-Lussac

13. Mudança isobárica Mantendo a pressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura . Lei de Charles V 1  V 2 T 1 T 2

14. As equações que utilizamos para estudar o comportamento dos gases nunca fornecem valores exatos. O gás ideal Assim, dizemos que um gás ideal para aplicação das equações é aquele que possui algumas características ... Na tentativa de nos aproximarmos mais do valor exato, estabelecemos condições ou características de operação de um gás.

15. Possuir baixa densidade; Encontrar-se acima da temperatura crítica; Ter moléculas que se movem desordenadamente distantes umas das outras; Possuir moléculas que colidem eventualmente umas com as outras e com as paredes do recipiente, sendo esta colisão perfeitamente elástica. Assista o vídeo em http://www.youtube.com/watch?v=id-pbSQczco Características de um gás ideal

16. Boyle aprisionou um gás num tubo em U com Mercúrio (Hg) A coluna de mercúrio do lado direito indicava a pressão exercida sobre o gás. Após uma variação de pressão, Boyle aguardava o equilíbrio térmico do gás com o ambiente e em seguida efetuava a medida do volume do gás aprisionado. Se admitirmos que a temperatura do gás não se altera será possível analisar a correspondência entre Pressão (P) e Volume (V) do gás ( veja tabela ). Pelo fato da temperatura ser constante, essa TRANSFORMAÇÃO é denominada ISOTÉRMICA. Alguns anos depois, o francês Mariotte descobriu a mesma relação. Imagens (esq. p/ dir.) : a) Experimento de contração dos gases, extraído pelo usuário LA2 do livro The New Student's Reference Work , editado por Chandler B. Beach em 1914 / Public Domain; b) Robert Boyle por Johann Kerseboom (1689) / Public Domain. Estudos de Robert Boyle e Edme Mariotte

17. P (cmHg) V(cm³) P.V 76 30 114 20 152 15 A tabela registra os valores de pressão do gás e volume correspondente. Ao marcar os valores em um gráfico, tem-se uma curva denominada ISOTERMA. Quanto mais afastada dos eixos P e V, a isoterma indicará uma temperatura maior. Boyle observou que o produto da Pressão P pelo Volume V era constante. (complete você mesmo a coluna P.V) 2280 2280 2280 P 1 .V 1 = P 2 .V 2 = P 3 .V 3 Imagem: Gráfico de pressão x volume de Gay-Lussac, por Roger469 / Public Domain

18. Trabalhos de Charles e Gay Lussac Em suas experiências, realizaram, de forma independente, medidas do volume e da temperatura de um gás, mantendo sua pressão constante ( TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA ). Experimente você mesmo! Constatou que a variação do volume era diretamente proporcional à variação da temperatura. Assim, a razão entre Volume e Temperatura era constante. Se mantivermos o volume constante e variarmos a temperatura e a pressão do gás, teremos uma TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA OU ISOVOLUMÉTRICA. Observamos que a variação da pressão é diretamente proporcional à variação da temperatura. Assim, a razão entre Pressão e Temperatura é constante. FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases Imagens (de cima para baixo): a) Jacques Alexandre César Charles, imagem disponível pela U.S. Library Congress / U.S. Public Domain; b) Joseph Louis Gay-Lussac por François-Séraphin Delpech / Public Domain.

19. Água gelada Água quente Encha uma bexiga com um pouco de ar e prenda nela um peso suficiente para mantê-la dentro d`água. Coloque a bexiga em um recipiente com água gelada. Aguarde um pouco e observe. Em seguida coloque a bexiga num recipiente com água bem quente. Aguarde um pouco e observe. Registre suas observações. Experimente você mesmo! voltar FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

20. Transformação Isotérmica Transformação Isocórica Transformação Isobárica Lei Geral dos Gases É a junção das equações de Boyle-Mariotte e Charles-Gay Lussac. FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

21. Paul Emile Clapeyron A Lei Geral dos Gases é válida para um gás, cuja massa é constante. O Físico francês Clapeyron estudou o comportamento de massas diferentes e gases diferentes. Ele concluiu que a constante da Lei Geral era proporcional ao número de moléculas do gás. Onde n é o número de mols de moléculas e R é uma constante válida para todos os gases. Por isso, R é denominada Constante Universal dos Gases. FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases Imagem: Benoît Paul Émile Clapeyron por AAAAA / Public Domain. Paul Emile Clapeyron

22. Equação de Clapeyron R = 1,38 J/mol.K Corresponde à energia média necessária para variar em 1K, a temperatura de 1 mol de moléculas de um gás ideal. P.V = energia contida em um gás ATENÇÃO: As equações para estudo dos gases são válidas apenas para temperaturas absolutas. Portanto, você deve trabalhar sempre com temperaturas na escala Kelvin. FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases Equação de Clapeyron

23. 01. O pneu de um automóvel foi regulado de forma a manter uma pressão interna de 21 libras-força por polegada quadrada ( lb / pol² ), a uma temperatura de 14°C. Durante o movimento do automóvel, no entanto, a temperatura do pneu elevou-se a 55°C. Determine a pressão interna correspondente, em lb / pol² , desprezando a variação do volume do pneu. Vamos resolver juntos! Veja no texto que praticamente não houve variação no volume, logo, trata-se de uma TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA Note também que, antes de usar a equação, é preciso que as temperaturas estejam na escala Kelvin FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

24. Para pensar... Os fabricantes de pneus informam sempre a pressão recomendada para garantir o bom funcionamento e aumentar a vida útil dos pneus. Por esta razão, é preciso sempre verificar a pressão dos pneus de um automóvel. Pensando no problema que acabamos de resolver, qual seria a ocasião mais apropriada para se fazer uma verificação e ajuste da pressão dos pneus de um automóvel? FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases Imagem: A.Viazemsky / Public Domain

25. Tente resolver! 02. O gás de um dos pneus de um jato comercial em voo encontra-se à temperatura de -33°C. Na pista, imediatamente após o pouso, a temperatura do gás encontra-se a +87°C. a) Transforme esses dois valores de temperatura para a escala absoluta. b) Supondo que se trate de um gás ideal e que o volume do pneu não varia, calcule a razão entre as pressões inicial e final desse processo. FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

26. - 33 °C K = 273,15 + °C K = 273,15 - 33 K = 240,15 + 87 °C K = 273,15 + °C K = 273,15 + 87 K = 360,15 a) Vamos transformar de  Celsius  Para  Kelvin

27. b) Supondo que se trate de um gás ideal e que o volume do  pneu não varia, calcule a razão entre as pressões inicial e  final desse processo . P.v /t = P'.v '/t' como o volume não vária , vamos corta o v da formula P / T = P' / T' Dados Temperatura inicial = 240,15 K Temperatura Final = 360,15 K P / T = P' / T' P / 240,15 = P' / 360 P/P' = 240 / 360 : 40 P/P' = 60 / 90 : 30 P/P' = 2 / 3

28. Tente resolver! 03. Calibra-se a pressão dos pneus de um carro em 30psi ( libras-força/polegada² usando nitrogênio na temperatura ambiente (27°C). Para simplificar os cálculos, adote: 1 polegada=2,5cm; 1 libras-força=5,0N e a constante universal dos gases R=8,0J/mol.K. a) Quanto vale essa pressão em N/m²? b) Faça uma estimativa do volume do pneu e, com essa mesma estimativa, estime o número de moles de nitrogênio contidos no pneu. c) Em um dia quente a temperatura do pneu em movimento atinge 57°C. Qual a variação percentual da pressão no pneu? FÍSICA -2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

29. a) Para resolvermos está questão, primeiros devemos lembrar que c omo o volume do pneu permanece o mesmo , então é uma  transformação isovolumétrica , portanto : P1/T1=P2/T2 Sabendo que  1 psi é igual a aproximadamente 6894 N/m² , então: 30 psi = 30.6894 N/m² 30 psi = 20684 N/m² b) Como precisamos das  temperaturas em kelvin , então: 27ºC= 300K 57ºC= 330K c) P1/T1 = P2/T2 20684/300 = P2/330 P2=20684.330/300 P2=22752,4 N/m²

30. Portanto a  variação da pressão  é: P2 - P1 22752,4 - 20684 =  2068,4 Sabendo que  20684 equivale a 100% . Logo: 20684 = 100% 2068,4 = x x=10%

31. V 300K V 350K 04. Um cilindro reto, contendo gás ideal à temperatura de 300K, é vedado por um êmbolo pesado que pode deslizar livremente. O volume ocupado pelo gás é V e a pressão exercida sobre ele pelo peso do êmbolo e da coluna de ar acima dele é igual a 12N/ cm² . Vamos resolver juntos! Quando a temperatura passa para 350K, o gás expande-se e seu volume aumenta. Para que ele volte ao seu valor original, V , mantendo a temperatura de 350K, aplica-se sobre o êmbolo uma força adicional F, vertical, como mostra a figura a) Calcule a pressão do gás na situação final, isto é, quando está à temperatura de 350K, ocupando o volume V . b) Sabendo que o pistão tem área de 225cm², calcule o valor da força adicional F que faz o volume ocupado pelo gás voltar ao seu valor original. Próximo problema FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

32. Solução letra a) De início temos uma transformação isobárica . O volume e a temperatura do gás aumentam, mas a pressão se mantém constante em 12 N/cm². Será necessário calcular o volume após a expansão do gás... Temos o novo volume (V) em função do volume inicial do gás (V ) Em seguida, se propõe retornar ao volume V mantendo-se a temperatura constante em 350K. Logo, trata-se de uma transformação isotérmica para a qual calcularemos o valor da pressão final. 2 1 voltar FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

33. Solução letra b) Aqui precisamos lembrar que a pressão é a razão da força pela área de sua aplicação, ou seja, força dividida por área... Se a pressão vale 14 N/cm² e a área de aplicação da força é 225 cm², então a força valerá... voltar FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases

34. Vamos resolver juntos! FÍSICA - 2º ano do Ensino Médio Lei Geral dos Gases (UF-AC) Qual deve ser a temperatura de certa quantidade de um gás ideal, inicialmente a 200 K, para que tanto o volume quanto a pressão dupliquem? a) 1200 K b) 2400 K c) 400 K d) 800 K e) n.d.a

35. REVISÃO DE LABORATÓRIO

36. As vidrarias de laboratório são itens indispensáveis, pois são utilizadas em diversos tipos de procedimentos, sendo fabricados em material resistente para suportarem elevadas temperaturas. Podemos ter: I . erlenmeyer . II. proveta. III. vidro relógio. IV. béquer. ( ) Esse instrumento tem fundo chato e lados inclinados, que gradualmente se aproximam no diâmetro, de modo que a abertura no topo é semelhante ao de uma garrafa. É muito usado em filtrações e titulações. ( ) É muito usado nas transferências de líquidos, isso se deve ao fato desse equipamento possuir um bico apropriado para essa função e bocas largas, o que favorece também fazer misturas de substâncias. ( ) São graduados em várias escalas diferentes e são encontradas de vários tamanhos no mercado. Por ser de forma cilíndrica, possui um estabilizador em sua base. () Auxilia na pesagem de pequenas quantidades de sólidos. A ordem correta para definição de cada tipo de vidro, de cima para baixo, é: A I, III, IV, II. B II, III, IV, I. C I, II, III, IV. D I, IV, III, II. E I, IV, II, III.

37. Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, os nomes corretos para a vidraria representada a seguir . (A ) Erlenmeyer , bequer , balão volumétrico e proveta . (B )Balão volumétrico, erlenmeyer , bequer e proveta graduada . (C ) Erlenmeyer , proveta graduada, balão volumétrico e bequer . (D )Proveta graduada, bequer , balão volumétrico e erlenmeyer . ( E ) Bequer , erlenmeyer , proveta graduada balão volumétrico.

38. . Qual é a sequência do procedimento para limpeza de vidraria ? (A )Lavar em água, deixar escorrer o excesso, imergir em solução sulfocrônica por 24 horas, lavar várias vezes em água corrente, lavar em água destilada, escorrer a água e secar em estufa. (B )Imergir em solução sulfocrônica por 24 horas, lavar completamente em água, deixar escorrer o excesso, lavar em água destilada, lavar várias vezes em água corrente, escorrer a água e secar em estufa. (C )Lavar em água destilada, deixar escorrer o excesso, imergir em solução sufocrônica por 24 horas, lavar várias vezes em água corrente, escorrer a água e secar em estufa. (D )Imergir em solução sufocrônica por 24 horas, lavar completamente em água destilada, lavar várias vezes em água corrente, deixar escorrer excesso, escorrer a água e secar em estufa

39. O equipamento ilustrado na figura F é empregado na secagem de materiais por aquecimento. Certo Errado

40. A figura G corresponde a um béquer, uma vidraria comumente empregada no preparo de soluções, incluindo-se as preparadas a quente. Certo Errado

41. O kitasato (figura D) é uma vidraria normalmente usada junto com o funil de Büchner em filtrações sob sucção . Certo Errado

42. O equipamento ilustrado na figura F é empregado na secagem de materiais por aquecimento. Certo Errado

43. As vidrarias de laboratórios apresentadas abaixo têm como finalidade: I - Empregado nos processos de destilação para liquefazer vapores gerados pelo aquecimento de líquidos; II - Preparar líquidos em volumes muito precisos e exatos. Estas vidrarias são respectivamente: A I - Condensador e II - Balão volumétrico. B I - Dessecador e II - Bico de Bunsen. C I - Kitassato e II - Erlenmeyer . D I - Cálice graduado e II - Balão volumétrico. E I - Bureta e II - Cálice graduado.

44. Sobre o instrumental de laboratório e sua utilização, analise a imagem abaixo. A seguir, assinale a alternativa CORRETA sobre este item:  (A ) A imagem apresenta uma pipeta graduada e pode ser utilizada para medir volumes com precisão. (B ) imagem representa um bécker que pode ser utilizado para dissolução e transferência de substâncias. (C) A imagem representa um tubo de ensaio, que pode ser utilizado em reações químicas diversas. (D ) A imagem representa uma bureta, e pode ser utilizada para medida de volume de líquidos. (E ) A imagem representa um almofariz, e pode ser utilizado para triturar e pulverizar sólidos.

45. As vidrarias de laboratório são categorizadas de acordo com o fim a que se destinam. Sobre esses utensílios, assinale a alternativa correta . (A )Vidrarias que são utilizadas para a diluição de reagentes podem ser usadas sem qualquer prejuízo em um laboratório de bacteriologia, como para realizar cultura bacteriana. (B )Tubos de ensaio são utilizados para fazer reações com grandes volumes. (C )O bastão de vidro é utilizado para realizar medição precisa de volumes, visto que costuma ser graduado. (D )A lavagem de vidrarias com água destilada é suficiente para sua reutilização em qualquer situação. (E )As pipetas graduadas não são os melhores equipamentos para medir volumes pequenos e precisos. Para esse fim, são mais indicadas as pipetas automáticas