Estudo dos Gases

Com exceção dos gases nobres, que são formados por átomos isolados a maioria dos gases são compostos moleculares. Fisicamente, os gases possuem grande capacidade de compressão e expansão, não possuindo nem forma nem volume definidos, pois ocupam o volume a forma do recipiente que os contém.

Há uma diferença entre gás e vapor: o vapor é capaz de existir em equilíbrio com a substância em estado líquido e até mesmo sólido; o gás, por sua vez, é um estado fluido impossível de se liquefazer. 

Temperatura
É a medida da agitação das partículas.
Nos estudos dos gases utiliza-se a escala Kelvin (K), cuja fórmula de conversão em relação à temperatura em graus Celsius (C) é:

K = C+273 

Pressão
É a força por unidade de área. No caso dos gases a pressão é resultante do movimento das partículas em choque com as paredes do recipiente que contém o gás. As unidades de medida para a pressão atmosférica medida ao nível do mar são:

Volume ocupado por um gás
Igual ao volume do recipiente que o contém. As unidades são:

Mol
Quantidade de uma substância:

CNTP – condições normais de temperatura e pressão (273 K e 1 atm). Nessas condições 1 mol de gás ocupa 22,4 L (volume molar de gases).

Transformações gasosas 

Isotérmica (temperatura constante); caso se diminua o volume do gás (diminuindo o volume do recipiente que o contém), a pressão aumenta:

 Isobárica (pressão constante); caso se aumente a temperatura o volume também aumenta:

 Isocórica ou Isovolumétrica (volume constante); ao se aumentar a temperatura a pressão também aumenta

Equação geral dos gases ideais: se as três propriedades (volume, pressão e temperatura) variarem, a equação será:

É chamado de gás ideal a todo gás que se comporta conforme as equações acima descritas. Na maioria das vezes os gases não se comportam como gases ideais, e são chamados de gases reais. Usam-se as equações acima, fazendo a adaptação para os casos de gases reais.

Equação de estado dos gases perfeitos
Mesmo que haja transformações pode-se usar a equação geral dos gases a qualquer momento:

A equação acima relaciona o número de mols de um gás com a temperatura, pressão e volume; ou seja, dados, por exemplo, a pressão, o volume e a temperatura de um gás, é possível calcular quantos mols de gás estão presentes nesse volume.

Mistura de gases

Toda mistura de gases é um sistema homogêneo. A pressão final alcançada será a soma de todas as pressões parciais dos gases misturados. Por exemplo, caso misturemos 3 gases com pressões parciais de 1, 2 e 3 atm a pressão final será 6 atm.

Para mistura de n gases a equação será:

Por generalização:

Fração molar de cada um dos gases da mistura é a razão entre o número de mols desse gás e o número total de mols.

Exercícios:

1. (UFU-MG) A atmosfera é composta por uma camada de gases que se situam sobre a superfície da Terra. Imediatamente acima do solo localiza-se uma região da atmosfera conhecida por troposfera, na qual ocorrem as nuvens, os ventos e a chuva. Ela tem uma altura aproximada de 10 km, a temperatura o seu topo é cerca de -50 °C e sua pressão é de 0,25 atm. Se um balão resistente a altas pressões, cheio com gás hélio até um volume de 10 L, a 1,00 atm e 27 °C for solto, o volume deste balão, quando chegar ao topo da troposfera será de: 

(Dados: 0 Kelvin = -273 °C)

a. 40,0 L.
b.74,1 L.
c. 36,3 L.
d. 29,7 L.
e. 52,5 L.

2. (UFMT) Termodinamicamente, o gás ideal é definido como o gás cujas variáveis de estado se relacionam pela equação PV = nRT, em que P é a pressão, V é o volume, T é a temperatura na escala Kelvin, R é a constante universal dos gases e vale R = 0,082 atm.L/mol.K e n é o número de mol do gás.
Um recipiente de 20,5 L contém hidrogênio a 27 °C e 9 atm de pressão. Supondo que o hidrogênio comporta-se como um gás ideal, quantos gramas de hidrogênio estão contidos no recipiente? 

(Dado: massa molecular do H2 = 2g/mol).

3. (Fuvest-SP) Indique os cálculos necessários para a determinação da massa molecular de um gás, sabendo-se que 0,800 g desse gás ocupa o volume de 1,12 L a 273 °C e 2,00 atm. Qual valor se encontra para a massa molecular desse gás?

(Dado: R = 0,082 atm.L/mol.K)

4.

a. A pressão parcial do CO é o dobro da do CH4. 
b. A pressão parcial CH4 é o triplo da do CO2.
c. A pressão parcial do CO2 é ¼ da do CO.
d. A pressão parcial do CO é o quádruplo do da CH4.
e. A pressão total é 4 atm.

Respostas:

1. d.

2. 15g.

3.

4. d.