Relatório Físico Química

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UNIVERSIDADE SALVADOR – UNIFACS

BRENDA DA SILVA ARAUJO

TIANA RAMOS

ESTUDO DOS GASES DE VAN DER WAALS – EFEITO DA VARIAÇÃO DE PRESSÃO E TEMPERATURA PARA O FATOR DE COMPRESSIBILIDADE

Salvador

2013

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UNIVERSIDADE SALVADOR – UNIFACS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E ARQUITETURA

BRENDA DA SILVA ARAUJO

TIANA RAMOS

ESTUDO DOS GASES DE VAN DER WAALS – EFEITO DA VARIAÇÃO DE PRESSÃO E TEMPERATURA PARA O FATOR DE COMPRESSIBILIDADE

Relatório desenvolvido durante a disciplina de Físico-química I, como parte da avaliação referente a 1ª prova, do 4º semestre de Engenharia Química.

ProfªMsc Viviana Rocha.

Salvador

2013

SUMÁRIO

1. Fundamentação teórica
2. Objetivos
3. Parte experimental
4. Resultados
5. Discussão
6. Conclusão
7. Referências

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA:

Gases, ao contrário de sólidos e líquidos têm forma e volume indefinido. Com isso, eles estão sujeitos a variações de pressão, de volume e de temperatura.

Para um gás ideal a equação de Clayperon PV=nRT funciona muito bem. Quando as medidas de pressão, volume molar e temperatura não admitem a relação prevista pela Equação de Clayperon, dentro da exatidão das medidas, o gás desvia-se da idealidade, ou seja, apresenta um comportamento não ideal.

Um gás real existe sob a maioria das condições de temperatura e pressão e é constituído por partículas materiais dotadas de movimento caótico, sujeitas às forças de atração à longa distância e forças de repulsão à curta distância.

Quando duas ou mais moléculas se aproximam há uma interação de seus campos magnéticos o que faz surgir uma força entre elas. É o que chamamos de força intermolecular

As forças intermoleculares são responsáveis por mantar as moléculas unidas umas com as outras na formação de diferentes compostos. Essas forças variam de intensidade, dependendo do tipo de polaridade da molécula. Se a interações for do tipo dipolo permanente devido à polaridade de uma ou mais de suas ligações covalentes podemos ver facilmente que essas moléculas vão se atrair umas com as outras: o lado positivo do dipolo de uma molécula irá atrair o lado negativo do dipolo da outra molécula. Já as interações do tipo foças de Van der Waals, que são as únicas existentes nos gases nobres, ocorre entre moléculas apolares, por não possuírem dipolos elas são interações fracas, e com isso as forças repulsivas irão prevalecer.

Gases com baixa massa específica apresentam comportamento próximo daquele dos gases perfeitos ((van Wylen et al., 2003). Nessa situação, pode-se utilizar a equação dos gases ideais para avaliar o comportamento da Pressão, do Volume e da Temperatura desses gases. Gases reais estão mais próximos da idealidade à pressão baixa e a altas temperaturas. Por outro lado, a avaliação de comportamento para um gás real pode ser feita por meio da equação de estado de van Der Waals.

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Onde a e b são constantes empíricas e variam para cada tipo de gás.

A constante a está relacionada com as forças de atração intermoleculares e a constante b está relacionada com o volume molecular. Os valores das constantes a e b dependem da composição de cada gás, podendo ser determinadas pelas equações

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FATOR DE COMPRESSIBILIDADE

O coeficiente de compressibilidade(Z) mede o grau de não idealidade dos gases. É uma variação infinitesimal do volume por unidade de variação da pressão. O fator de compressibilidade pode ser calculado de acordo com a formula abaixo:

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De acordo com essa formula, podemos verificar que se Z=1 trata-se de uma gás ideal. Logo se Z≠1 o gás será real, levando em conta que se Z>1 o volume ocupado é maior do que o previsto então as forças de repulsão são mais pronunciadas do que as forças de atração. Se Z<1 o volume ocupado será menor do que o previsto, logo as forças de atração são mais fortes do que as de repulsão.

Segundo (Castellan, 1986), o efeito das forças atrativas por se só reduz a pressão abaixo do valor ideal, o que é considerado pela subtração de um termo da pressão. Para calcular Z para gás de Van der Waals, multiplicamos a equação de Van der Waals pelo volume molar e dividimos por RT. Logo encontramos a equação de van der waals relacionada com o fator de compressibilidade.

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A equação abaixo mostra a variação do fator de compressibilidade a temperatura constante e a baixíssimas variações de pressão.

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A derivada dessa equação representa o coeficiente angular.

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Quando o coeficiente angular é positivos as repulsões predominam. Quando o coeficiente angular é negativo as atrações predominam. Logo quando o coeficiente angular for igual a zero encontramos a temperatura de Boyle

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Temperatura de Boyle é a temperatura na qual um gás real se comporta idealmente a uma ampla faixa de pressão devido as forças atrativas e repulsivas se compensarem.

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ISOTERMAS DA EQUAÇÃO DE VAN DER WAALS

Para altas temperaturas, acima temperatura crítica, o gás possui um comportamento ideal. Na temperatura critica se desenvolve um ponto de inflexão, ou seja, há uma mudança de comportamento do gás. Abaixo da temperatura critica as isotermas assumem valores máximos e mínimos.

1. OBJETIVOS:

• Estudar o comportamento de vários gases através da avaliação do seu fator de compressibilidade, avaliando a influencia da temperatura sobre o mesmo.
• Determinar experimentalmente a temperatura de Boyle de diversos gases.

1. PARTE EXPERIMENTAL:

Foram escolhidos três gases para serem submetidas à análise: Hélio (He), Dióxido de carbono (CO2) e Nitrogênio (N2).

No programa excel inserimos uma tabela contendo os valores de todas as constantes críticas de Wan der Waals e temperaturas de Boyle de cada gás, onde Tb teórico foi calculado e o Tb prático foi encontrado na tabela. Analisamos os três gases separadamente e criamos uma coluna com diferentes valores de pressão a uma temperatura constante para todos. A partir destes dados foi possível calcular o volume molar para os diferentes valores de pressão pela equação dos gases ideais a uma temperatura fixa de 100K. Em outra coluna, calculamos este volume utilizando a equação de Wan der Waals, ainda mantendo a temperatura constante. Após calcularmos estes volumes foi possível encontrar o fator de compressibilidade para cada pressão avaliada.

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