Difusão dos gases
Existem pessoas de olfato tão sensível que conseguem perceber a aproximação de outra pessoa pelo perfume que ela usa.
Por que sentimos o cheiro de um móvel feito de madeira verde (recém- cortada) e não sentimos o cheiro de um móvel de ferro?
Para entender esse processo, vamos analisar um experimento muito curioso, que poderá ser demonstrado pelo seu professor, caso sua escola possua um laboratório de Química dotado de uma capela.
Um tubo de vidro bem limpo e seco, de um metro de comprimento, é fixado na horizontal em um suporte. Simultaneamente, coloca-se, em uma extremidade, um chumaço de algodão umedecido com ácido clorídrico (HCl) e na outra extremidade um chumaço umedecido em amônia (NH3). Após cerca de 15 segundos, nota-se a formação de um anel branco.
Em um experimento desse tipo, observou-se que o anel foi formado a 59,4 cm do algodão com amônia e a 40,6 cm do algodão com ácido clorídrico.
ATENÇÃO!
ATENÇÃO! Não tente reproduzir em casa esse experimento, pois nele se utilizam substâncias potencialmente perigosas.
Por que o cloreto de amônio não foi formado nas extremidades do
tubo e, sim, próximo à região central?
PARE E PENSE PARE E PENSE D I V U L G A Ç Ã O P N L D
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Anel de cloreto de amônio
Anel de cloreto de amônio: produto sólido formado pela reação entre vapores de NH3 e HCl.
chumaço de algodão umedecido com ácido clorídrico (HCl) chumaço de algodão
umedecido com amônia (NH3) J . Y u j i
Acompressibilidadecompressibilidade e adifusãodifusão dos gases podem ser explicadas por baixa interação e movimento desordenado das moléculas.
J . Y u j i
Esse experimento demonstrou, portanto, que as moléculas dos gases têm ampla liberdade de movimento. Essa propriedade explica o odor dos perfumes: as suas moléculas se espalham rapidamente pelo ar e sentimos o aroma porque algumas delas chegam ao nosso nariz.
O ácido clorídrico (HCl) e a amônia (NH3) são gases que estão dissolvidos em água. Ao abrirmos um frasco de uma dessas soluções, rapidamente percebemos o seu forte odor característico, pois esses gases se difundem no ambiente. No experimento em questão, tivemos uma evidência desse processo. No tubo, as moléculas dos gases difundiram-se, ou seja, elas se movimentaram. A diferença de velocidade dos gases deve-se à diferença de massa de suas moléculas. A massa de uma molécula de ácido clorídrico é maior do que o dobro da massa de uma molécula de amônia. Por isso, o deslocamento das moléculas de ácido clorídrico é bem mais lento. O que nos leva à segunda conclusão de nosso modelo científico:
O anel branco observado no tubo é a substância cloreto de amônio (NH4Cl), que, em temperatura ambiente, é um sólido. Essa substância é produzida na reação, conforme a equação química:
HCl(g) + NH3(g) rNH 4Cl(s).
Para a reação ocorrer, é necessária a interação entre as moléculas do cloreto de hidrogênio e as da amônia, o que só aconteceu a uma certa distância das extremidades.
As moléculas dos gases moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, eles podem se expandir, ocupando todo o volume do recipiente.
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C A P Í T U L O 3 Q u í m i c a e c i ê n c i a
Expansibilidade
Expansibilidade
A expansibilidade decorrente de variações de temperatura é outra importante propriedade dos gases e poderá ser observada no próximo experimento.
Brincando com bexiga: o
Brincando com bexiga: o que acontece quando mudamos sua que acontece quando mudamos sua temperatura?temperatura?
Verifique a relação entre temperatura e volume dos gases e tente elaborar um mo- delo que explique o seu comportamento.
Materiais Materiais
Duas garrafas descartáveis de água mineral (500 mL) Dois balões de festa (bexigas)
Dois recipientes de tamanho suficiente para colocar as garrafas mergulhadas em água Água quente Água e gelo Procedimento Procedimento 1.
1. Adapte um balão à boca de cada garrafa.
2.
2. Aperte uma das garrafas e observe. O que acontece? Justifique.
3.
3. Mergulhe uma garrafa em um recipiente com água quente (próxima a 80 °C).
4.
4. Deixe por, pelo menos, 3 minutos, retire a garrafa da água quente, observe e anote.
5.
5. Mergulhe a outra garrafa no outro recipiente com água e gelo.
6.
6. Deixe por, pelo menos, 3 minutos, retire a garrafa, observe e anote.
Destino dos resíduos Destino dos resíduos
Esta atividade não gera resíduos. O material deve ser guardado para ser utilizado por outras turmas.
Análise de dados Análise de dados
1.
1. O que aconteceu com o gás contido na garrafa quando esta foi mergulhada em água quente? E em água fria?
2.
2. Represente, por meio de desenhos, o que aconteceu com as moléculas de gás em cada caso, após a variação de temperatura.
3.
3. O número de moléculas aumentou ou diminuiu após o aquecimento e o resfriamento dos gases? Justifique.
4.
4. Represente graficamente essa relação, ou seja, faça um gráfico da variação do volume em função da temperatura. Considere que você tem três pontos (situações diferentes): quente, temperatura ambiente e frio.
5.
5. Baseando-se no gráfico confeccionado, indique qual das relações abaixo você pode estabelecer entre o volume(V) e a temperatura (T) de um gás: a) Volume é igual à temperatura (V = T).
b) V é proporcional à T (VT).
c) V é inversamente proporcional à T (V1/T). d) V independe de T.
6.
6. Descreva uma hipótese que justifique as variações observadas.
H e l y D e m u t t i Consulte as normas de segurança no Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro. laboratório, na última página deste livro.
Atividade Experimental
Atividade Experimental
D I V U L G A Ç Ã O P N L D1 2 3 4 5 6 7
O aumento de volume de uma bexiga de ar pode ser explicado, se considerarmos queas moléculas dos gases do ar estão emas moléculas dos gases do ar estão em constante movimento
constante movimento.
Você já sabe que as moléculas dos gases estão em constante movimento. Consequentemente, elas devem chocar-se contra as paredes do recipiente que as contém. Quando sopramos uma bexiga, injetamos nela moléculas de ar que a pressionam, fazendo-a aumentar de tamanho.
No caso de um balão lacrado, a quantidade de moléculas que ele contém é constante.
Vamos observar se o modelo que estamos utilizando pode justificar essa variação.
Sabe-se que um corpo em movimento possui energiaenergia cinética
cinética . EnergiaEnergia é a capacidade de um sistema realizar trabalho, ou seja, produzir uma força para deslocar um corpo.
Vejamos os fatores relacionados à energia cinética. Para isso, pense: C a n d y H a e s b a e r t
Que veículo em movimento produzirá maior trabalho, ou seja, será capaz de provocar um maior deslocamento de outro carro, se houver um choque entre eles:
a) Um fusquinha ou um caminhão?
b) Um carro em uma rodovia na velocidade regulamentar de 80 km/h ou um carro de Fórmula 1 em um autódromo à velocidade de 200 km/h?
Pela análise das questões acima, percebe-se que a energia cinética está relacionada à massa e à velocidade. Estudos físicos sobre a energia cinética demonstram que ela pode ser descrita pela equação matemática:
em que EEcc representa a energia cinética; mm, a massa da partícula; e vv, sua velocidade.
As moléculas gasosas estão em constante movimento, ou seja, possuem energia cinética. Em nosso modelo, para explicar os resultados experimentais, podemos acrescentar a ideia de que a energia cinética das moléculas está associada à temperatura. Quanto maior for a temperatura de um gás, maior será a energia cinética e a velocidade de suas partículas gasosas e, consequentemente, maior será o volume ocupado por este, ou seja, maior será a sua expansão. Daí chegamos à seguinte conclusão:
Quanto maior a temperatura
Quanto maior a temperatura, maiores serão a energia cinética e a velocidade das partículas gasosas.
Estudos mais detalhados sobre o comportamento dos gases demonstram que a energia cinética média das partículas de um gás é proporcional à temperatura. Dessa forma, podemos considerar que a temperatura corresponde a uma dada energia cinética média das moléculas dos gases.
Se dois gases encontram-se a uma mesma temperatura, suas moléculas têm a mesma energia cinética média. Demoramos a perceber o cheiro de certas substâncias porque suas moléculas são mais pesadas e, consequentemente, de velocidades menores.
No caso do experimento apresentado na página 116, percebeu-se que as moléculas do ácido clorídrico apresentaram menor velocidade de difusão do que as moléculas de amônia. Se ambas estavam na mesma temperatura, então, de acordo com o nosso modelo, tinham a mesma energia cinética média(E(Ecc)), ou seja:
Ec(HCl) = Ec(NH3) Logo,m = m 2 HCl⋅v NH3⋅ v HCl NH 2 2 2 3.
Para manter essa igualdade, se a massa de HCl é maior do que a massa de NH3, então a velocidade das moléculas de NH3 terá de ser maior do que a velocidade das moléculas de HCl.
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