Lei Dos Gases

Leis dos gases

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Balões meteorológicos – Em altas camadas atmosféricas, a pressão deles é reduzida, expandindo o gás.

O estudo dos gases teve início com Torricelli, quando mediu sua pressão e apresentou adequadas explicações sobre o fenômeno.

A primeira pessoa a utilizar o termo gás foi Jean-Baptiste, um naturalista belgo, alquimista e químico.

O termo gás vem do grego caos e significa espaço vazio.

O gás tem como característica principal ocupar totalmente o volume do recipiente que o hospeda, independentemente de sua quantidade.

Isso acontece porque os gases se comportam de forma desordenada em virtude do grau de liberdade que possuem, ocupando totalmente o volume do recipiente a ele oferecido.

Outra característica dos gases é sua grande capacidade de compressão.

Lei Boyle-Mariotte

Diz que a temperatura de uma amostra de gás permanece constante e sua variação de volume é inversamente proporcional a sua variação da pressão.

pV = a

onde:

p = pressão da amostra

V = volume

a = amostra de gás (depende da temperatura em que ocorre a transformação)

Lei de Charles e Gay-Lussac

Se a pressão da amostra do gás for mantida constante, sua temperatura e volume são diretamente proporcionais.

Onde:

V = volume

T = temperatura

Obs.: Essa proporcionalidade volume e temperatura só são válidas para a escala Kelvin.

Lei Geral dos Gases Perfeitos

Procura relacionar em uma transformação de massa gasosa, as variáveis: temperatura, pressão e volume.

É representada pela equação matemática:

Onde:

p1 = pressão inicial

V1 = volume inicial

T1 = temperatura inicial

p2 = pressão final

V2 = volume final

T2 = temperatura final

PRESSÃO - AS LEIS DOS GASES

Os experimentos com um grande número de gases revelam que são necessárias quatro variáveis para definir a condição física, ou estado, de um gás: temperatura, T; pressão, P; volume, V; e quantidade de gás, que geralmente é expressa em quantidade de matéria, n. As equações que expressam as relações entre T, P. V e n, são conhecidas como leis dos gases.

Relação pressão-volume: lei de Boyle

Se a pressão sobre um balão diminui, ele se expande. Essa é a razão pela qual os balões meteorológicos expandem-se à medida que sobem para a atmosfera (Figura 1). De modo inverso, quando um volume de gás é comprimido, a pressão do gás aumenta. O químico britânico Robert Boyle (1627-1691) investigou inicialmente a relação entre a pressão de um gás e seu volume.

Figura 1. o volume de gás em um balão de previsão de tempo aumentará à medida que ele subir para a atmosfera mais alta, onde a pressão atmosférica é mais baixa que na superfície da Terra.

Para realizar seus experimentos com gases, Boyle usou um tubo em forma de J. Certa quantidade de gás é presa em um tubo atrás de uma coluna de mercúrio. Boyle variou a pressão no gás adicionando mercúrio ao tubo. Ele descobriu que o volume do gás diminuía conforme a pressão aumentava. Por exemplo, dobrar a pressão provocava diminuição do volume para metade de seu valor original.

A lei de Boyle, que resume essas observações, afirma que: “O volume de certa quantidade fixa de um gás mantido à temperatura constante é inversamente proporcional à pressão”. Quando duas medidas são inversamente proporcionais,

uma torna-se menor à medida que a outra se torna maior. A lei de Boyle pode ser expressa matematicamente como:

V = constante x 1/P P.V = constante

O valor da constante depende da temperatura e da quantidade de gás na amostra. O gráfico de V versus P na Figura 2a mostra o tipo de curva obtida para determinada quantidade de gás a uma temperatura fixa. Uma relação linear é obtida quando se traça um gráfico de V versus 1/P (Figura 2b).

Figura 2. Gráficos baseados na lei de Boyle: (a) volume versus pressão; (b) volume versus 1/P.

Relação temperatura-volume: lei de Charles

Os balões de ar quente sobem porque o ar expande-se à proporção que é aquecido. O ar mais quente é menos denso que o ar da vizinhança mais fria à mesma pressão. Essa diferença na densidade faz com que o balão suba. De maneira inversa, um balão encolhe quando um gás dentro dele é resfriado, como visto na Figura 3:

Figura 3. À medida que nitrogênio líquido (-196 ºC) é derramado sobre um balão, o gás no balão diminui.

A relação entre volume de gás e temperatura foi descoberta em 1787 pelo cientista francês Jacques Charles (1746-1823). Charles descobriu que o volume de certa quantidade fixa de gás à pressão constante aumenta linearmente com a temperatura. Alguns dados típicos estão mostrados na Figura 4. Observe

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