Gases — transformações gasosas, equação de Clapeyron e misturas
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Resumo
Estado gasoso. Partículas afastadas, em movimento desordenado; o gás ocupa todo o recipiente e é muito compressível. Variáveis de estado: pressão (P), volume (V) e temperatura (T), sempre em kelvin (T = °C + 273).
Gás ideal: partículas de volume desprezível e sem interações, colisões elásticas. Gases reais se aproximam do ideal em alta temperatura e baixa pressão.
Transformações (quantidade de gás fixa)
- Isotérmica (Boyle): T constante → P·V = constante (P e V inversamente proporcionais).
- Isobárica (Charles/Gay-Lussac): P constante → V/T = constante.
- Isocórica/isovolumétrica: V constante → P/T = constante.
- Equação geral: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.
Clapeyron: PV = nRT (R = 0,082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹ = 8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹). Daí a densidade d = P·MM/(R·T).
- Volume molar nas CNTP (0 °C e 1 atm): 22,4 L (com o padrão IUPAC de 1 bar, ≈ 22,7 L).
- Hipótese de Avogadro: volumes iguais, mesmas P e T → mesmo número de mols.
Misturas gasosas (Dalton): pressão total = soma das pressões parciais; P_A = x_A·P_total (x = fração molar).
Difusão e efusão (Graham): a velocidade é inversamente proporcional à raiz da massa molar: v₁/v₂ = √(M₂/M₁). Gases leves difundem mais rápido (H₂ > He > O₂).
Pegadinha Cebraspe. "Dobrando a temperatura de 27 °C para 54 °C, a pressão isocórica dobra" → errado: a proporção vale em kelvin (300 K → 327 K, aumento de só 9%).
Visão geral
Leis dos gases explicam a vaporização de reagentes como o cianoacrilato em câmaras de revelação (o vapor polimeriza sobre os resíduos da impressão) e o uso de cilindros de gases comprimidos.
Regra
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| Transformação | Constante | Lei |
|---|---|---|
| Isotérmica | T | P₁V₁ = P₂V₂ |
| Isobárica | P | V₁/T₁ = V₂/T₂ |
| Isocórica | V | P₁/T₁ = P₂/T₂ |
Exemplo. 2 mol de gás a 27 °C (300 K) em 10 L: P = nRT/V = 2 × 0,082 × 300/10 ≈ 4,9 atm.
Pontos-chave
- Pressão: 1 atm = 760 mmHg = 101,3 kPa.
- Energia cinética média das moléculas ∝ T (kelvin).
- Gás em recipiente aberto aquecido: parte escapa (n muda).
- Zero absoluto (0 K = −273 °C): limite teórico.
Como a banca cobra
- "Em transformação isotérmica, pressão e volume são inversamente proporcionais" → certo.
- "Nas CNTP, um mol de gás ideal ocupa aproximadamente 22,4 L" → certo.
- "O hidrogênio difunde-se mais lentamente que o oxigênio" → errado.
- "Na mistura gasosa, a pressão parcial de um gás é proporcional à sua fração molar" → certo.
- "Gases reais comportam-se como ideais em baixas temperaturas e altas pressões" → errado.
Referência
Fontes consultadas (2)
Mapa mental
Estado gasoso
- Ocupa todo o recipiente
- P, V, T em kelvin
- Ideal: sem interações
Transformações
- Isotérmica: PV constante
- Isobárica: V/T constante
- Isocórica: P/T constante
- Geral: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
Clapeyron
- PV = nRT
- Volume molar CNTP: 22,4 L
- d = P·MM/RT
Misturas e difusão
- Dalton: pressões parciais
- Graham: v ∝ 1/√M
⚠️ Pegadinha
- Proporções só em kelvin
Questão 1, Certo ou Errado
Em transformação isotérmica, dobrando-se a pressão de um gás, seu volume se reduz à metade.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Na transformação isotérmica, regida pela lei de Boyle, o produto P·V é constante; como pressão e volume são inversamente proporcionais, duplicar P reduz V à metade.
Questão 2, Certo ou Errado
Nas transformações gasosas, a temperatura pode ser expressa em graus Celsius nas equações.
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. As relações entre P, V e T só valem com temperatura absoluta, em kelvin (T = °C + 273); passar de 27 °C para 54 °C, por exemplo, não dobra a pressão.
Questão 3, Certo ou Errado
O hidrogênio difunde-se mais rapidamente que o oxigênio, nas mesmas condições.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Pela lei de Graham, a velocidade de difusão é inversamente proporcional à raiz da massa molar; como o H₂ é mais leve que o O₂, difunde-se mais rapidamente.
Questão 4, Certo ou Errado
Nas CNTP, 2 mol de gás ideal ocupam aproximadamente 44,8 L.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Nas CNTP, 0 °C e 1 atm, o volume molar é de 22,4 L; assim, 2 mol ocupam 2 × 22,4 = 44,8 L, como afirma o item.
Questão 5, Certo ou Errado
Gases reais aproximam-se do comportamento ideal em baixa temperatura e alta pressão.
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. O comportamento ideal supõe partículas sem interação e de volume desprezível, condição aproximada em alta temperatura e baixa pressão; as condições citadas no item favorecem o desvio da idealidade.
- Revelar resposta
Transformações gasosas
Isotérmica: PV constante. Isobárica: V/T constante. Isocórica: P/T constante. T sempre em kelvin.
- Revelar resposta
Equação de Clapeyron
PV = nRT (R = 0,082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹).
- Revelar resposta
Volume molar nas CNTP
22,4 L (0 °C e 1 atm).
- Revelar resposta
Lei de Graham
Velocidade de difusão inversamente proporcional à raiz da massa molar.
- Revelar resposta
Lei de Dalton das pressões parciais
Pressão total = soma das parciais; P_A = x_A·P_total.
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