Modelo explicativo do comportamento dos gases
1. Os gases são constituídos por partículas – no caso, moléculas – que se encontram muito afastadas umas das outras.
2. As moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, eles podem se expandir.
3. A temperatura de um gás está relacionada à energia cinética média de suas partículas. Quanto maior a temperatura, maiores a energia cinética e a expansão dos gases. Quanto menor a temperatura, menores o movimento das moléculas e o volume ocupado pelo gás.
Elevando a temperatura de um gás, sua
energia cinética
energia cinética e avelocidade de suasvelocidade de suas moléculas aumentam moléculas aumentam. J . Y u j i
Essa teoria também explica por que é mais fácil sentirmos o cheiro das substâncias a temperaturas mais elevadas. A velocidade das moléculas de uma substância depende da energia cinética, que, por sua vez, é proporcional à temperatura. Portanto, quanto maior a temperatura, maior a velocidade das moléculas e mais facilmente será percebido o cheiro.
O modelo apresentado foi capaz, até aqui, de explicar o comportamento de alguns gases sob determinadas condições. Veja a seguir como ele ficou.
A validade de um modelo está na sua capacidade de explicar a maior quantidade possível de fenômenos. Por isso, os cientistas fizeram uma série de estudos sobre o comportamento dos gases e estabeleceram diversas leis. As leis obtidas permitiram a elaboração dateoria cinética dos gasesteoria cinética dos gases, que, até hoje, tem sido muito bem-sucedida na explicação do seu comportamento. O modelo que desenvolvemos até aqui apresenta as ideias básicas dessa teoria. Veremos adiante as leis que deram suporte a ela.
FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.
Exercícios
Exercícios
63.63.De acordo com o modelo cinético, explique por que ocorrem expansão e contração no volume de um gás.
64.
64.Explique a relação entre as propriedades de compressibi- lidade e expansibilidade dos gases e o funcionamento de um motor de combustão.
65.
65.De acordo com o modelo de partículas, por que os gases apresentam propriedades tão diferenciadas dos sólidos e líquidos?
66.
66.Por que os materiais no estado sólido são mais densos do que no estado gasoso?
67.
67.É propriedade de um gás ocupar todo o volume do reci- piente que o contém. Como você explica esse fenômeno com base no modelo cinético?
68.
68.Após o futebol de areia numa praia ensolarada, o jogador
fica com um cheiro característ ico por causa do suor. Outra pessoa ao seu lado sente o cheiro. Ex plique esse fato por meio do fenômeno da difusão gasosa.
69.
69.Qual o efeito que um aumento de temperatura provoca na velocidade das partículas de um gás?
70.
70.Como será a velocidade das moléculas, numa mesm a tem- peratura, de dois gases com diferentes massas moleculares?
71.
71.Em que situação um assado d e carne “cheira mais” : quan- do é retirado do forno ou quando é retirado da geladei- ra? Por quê?
72.
72.Um gás A tem uma c apacidade de difusão duas vezes maior do que a de um gás B, nas mesmas condições de pres- são e temperatura. Sabendo que a massa molecular de A = 16 g mol–1, calcule a massa molecular de B. D I V U L G A Ç Ã O P N L D
1 2 3 4 5 6 7 73.
73.(UFBA) Numa sala fechada, foram abertos, ao mesmo tempo, três frascos que continham, respectivamente, NH3(g), SO2(g) e H2S(g). Uma pessoa que estava na sala, à igual distância dos três frascos, sentirá o odor desses ga- ses em que ordem?
Valores de massas molares:
NH3 = 17 g mol–1, SO2 = 64 g mol–1 e H2S = 34 g mol–1.
74.
74.O comportamento dos gases, como a dispersão da fu- maça, pode ser explicado se considerarmos que as par- tículas dos gases:
a) Têm movimento ordenado. b) Apresentam baixa velocidade.
c) Possuem energia cinética média inversamente propor- cional à temperatura.
d) Têm movimento livre.
e) Estão muito juntas umas das outras.
75.
75.(Fuvest-SP) Uma amostra de gás foi aquecida sob pressão constante. Nessa transformação ocorreu:
a) Diminuição do volume do gás e da energia cinética mé- dia das moléculas.
b) Aumento do volume do gás e da energia cinética média das moléculas.
c) Aumento do volume do gás e diminuição da energia cinética média das moléculas.
d) Diminuição do volume do gás e aumento da energia cinética média das moléculas.
e) Aumento do volume do gás, porém, a energia cinética média das moléculas manteve-se constante.
76.
76.Os balões dirigíveis são inflados com uma mistura de gás hélio e outros gases. Essa mistura gasosa é menos densa do que o ar atmosférico, por isso esses balões flutuam. O operador controla a altitude do balão por meio da regu- lagem da temperatura interna. Explique, então, como o operador do balão faz para que ele suba ou desça.
77.
77.Um estudante, interessado em analisar o comportamento dos gases, realizou os seguintes procedimentos: a) Mergulhou um balão cheio de ar num béquer com água
e gelo e observou a diminuição do volume do gás. b) Aqueceu o béquer com água, no qual estava submerso
o balão cheio de ar e observou um aumento do volume. De acordo com a teoria cinética dos gases, explique os fenômenos observados.
78.
78.(Univali-SC) Em campanha contra o tabagismo, os alunos de uma escola decidiram promover uma demonstração de impacto para evidenciar alguns malefícios do fumo. Constituíram um grupo de fumantes e outro de não
fumantes e os desafiaram a tomar refrigerante, aspiran- do por um longo canudo de refresco, da maior altura possível, a partir dos andares mais altos da escola. O resultado foi conclusivo: os não fumantes conseguiram, em média, tomar o refrigerante de alturas bem maio- res. Entretanto, a partir de determinada altura nenhum estudante conseguiu tomar o refrigerante através do longo canudinho.
A razão desse insucesso deveu-se: a) À pressão atmosférica.
b) Ao valor da aceleração da gravidade. c) Ao despreparo físico geral dos grupos.
d) Ao fato de o refrigerante não ser constituído apenas por água.
e) À capilaridade do canudinho.
79.
79.Em uma atividade experimental, um aluno pegou dois ba- lões de borracha e colocou na boca de duas garrafas PET vazias e limpas. Em seguida, colocou uma das garrafas em uma bacia com água quente e a outra em uma bacia com água fria. Um dos balões murchou e o outro ficou mais cheio. Com a descrição acima e o auxílio da figura abaixo, assinale a alternativa correta.
a) O balão que murchou foi colocado em água quente, pois o aumento da temperatura causou uma contração dos gases da bexiga.
b) O balão que ficou mais cheio foi colocado em água quente, devido ao aumento da temperatura do sistema e à expansão dos gases presentes na bexiga. c) O volume do balão que foi colocado em água fria dimi-
nuiu, porque a pressão do sistema aumentou, reduzindo o choque das par tículas de gás com as paredes do balão. d) Em qualquer um dos casos, o volume dos balões foi
alterado, porque o tamanho das partículas de gás foi modificado.
e) O fenômeno observado não tem nenhuma relação com aumento ou diminuição de temperatura.
O . S e q u e t i n D I V U L G A Ç Ã O P N L D
C A P Í T U L O 3 Q u í m i c a e c i ê n c i a
Aexplicação das leis dos gasesexplicação das leis dos gases levou ao de- senvolvimento da Teoria Cinética dos Gases, que re- laciona as suas propriedades à agitação térmica de suas partículas, quanto maior a temperatura maior será a agitação das moléculas.
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Leis dos gases e Leis dos gases e teoriateoria
cinética dos gases
cinética dos gases
EE
studos sobre o comportamento dos gases permitiram estabelecer leis sobre suas propriedades. A partir delas, foi desenvolvida a teoria cinética dos gases. Para entendermos os principais pressupostos dessa teoria, vamos estudar algumas das leis básicas que a fundamentam.1
1
aaLei – Lei – TransformaçTransformações isotérmicasões isotérmicas
São chamadas transformações isotérmicas, as transformações que ocorrem em temperatura constante.
O experimento sobre a compressibilidade dos gases (página 115) demonstra claramente: à medida que se aumenta a pressão, o volume do gás diminui. Isso não é um fato isolado, é uma regularidade comum, quando o experimento é conduzido a uma temperatura constante para uma mesma massa de gás. O físico e químico irlandês Robert Boyle [1627-1691] foi quem iniciou o estudo da relação entre o volume de um gás e sua pressão. Além de perceber que, quando se aumenta a pressão sobre um gás, observa-se um decréscimo no volume o cientista também notou que o produto entre pressão e volume é aproximadamente constante. Todas as substâncias gasosas apresentam essa regularidade, que ficou conhecida comoLei de BoyleLei de Boyle.
m1 = m2 = m3 P1 < P2 < P3 T1 = T2 = T3 V1 > V2 > V3 1 1 22 33 À temperatura cons- tante,aumentando-seaumentando-se a pressão no êmbolo a pressão no êmbolo, diminui-se a distância en- tre as partículas. J . Y u j i O s v a l d o S e q u e t i n
A Lei de BoyleLei de Boyle pode ser enunciada da seguinte forma:
Ovolume de uma quantidade de gásvolume de uma quantidade de gás , em temperatura constante, é inversamente proporcional à pressão a qual está submetido.
D I V U L G A Ç Ã O P N L D
1 2 3 4 5 6 7
Representação gráfica dastransformações isotérmicastransformações isotérmicas.
Volume (L) P r e s s ã o ( P a )
Estudando diversos gases, Robert Boyle identificou que, matematicamente, a variação de volume em função da pressão pode ser expressa pela relação:
P1⋅ V1 = P2⋅ V2 = k
em quePP11 eVV11 são a pressão e o volume iniciais;PP22 eVV22 são a pressão e o volume finais; ekk é um valor constante. Essa equação representa a Lei de Boyle, que pode ser expressa também da seguinte forma:
J . Y u j i
O gráfico que você fez no caderno deve ter a mesma forma que o gráfico representado aqui. Coincidência, não? Nada disso! Simples coerência com a Lei de Boyle. Como a temperatura é constante, essa curva é chamada isoterma (iso = “igual”) e as mudanças de estado do gás nessas condições são denominadastransformações isotérmicastransformações isotérmicas.