Física
TEORIA CINÉTICA
Professor Clésio Martins
Ao fazermos um estudo dos gases, devemos levar em conta um modelo hipotético de gás, que não condiz necessariamente com os gases reais encontrados livremente na natureza. A este modelo chamamos de gás
ideal (ou perfeito).
Para caracterizar o estado de um gás, observamos três grandezas que interagem entre si. São elas: pressão, volume e temperatura, chamadas de variáveis de estado de um gás.
Embora o gás ideal seja apenas um modelo, os gases reais apresentam comportamento semelhante a ele, quando em altas temperaturas e baixas pressões.
Para iniciar este estudo, podemos nos indagar sobre algumas propriedades que notamos visivelmente em um gás.
Física, 2º Ano do Ensino Médio
Para responder a esses questionamentos, adotamos um modelo de gás que apresenta as quatro características a seguir.
Exemplo do movimento desordenado das moléculas de um gás ideal.
As moléculas de um gás podem colidir entre si ou contra as paredes do recipiente no qual estão confinadas. Em ambos os casos, as colisões são perfeitamente elásticas, ou seja, as moléculas conservam sua energia cinética e sua quantidade de movimento.
a) b) c)
No exemplo das figuras a, b e c, as partículas do gás mantêm constante o módulo de suas velocidades mesmo depois da colisão, conservando sua energia cinética e sua quantidade de movimento.
Física, 2º Ano do Ensino Médio
Teoria Cinética dos Gases
a V b V a V b V
Em resumo, essas características, embora hipotéticas, sugerem que o gás é um grande espaço vazio onde as moléculas movimentam-se intensamente em diversas direções, colidindo entre si e com as paredes do recipiente e atendendo às leis da Mecânica Clássica, ou seja, conservando sua energia e sua quantidade de movimento.
Conforme dito anteriormente, os gases reais podem se comportar como um gás ideal, atendendo a duas condições:
Física, 2º Ano do Ensino Médio
O gás é facilmente compressível devido à enorme distância entre suas moléculas.
O gás se expande e se difunde através de orifícios, devido ao intenso movimento de suas moléculas. Por isso o perfume de um frasco aberto espalha-se rapidamente pelo ambiente.
Um gás mistura-se facilmente com outro porque suas moléculas não encontram dificuldade em ocupar os espaços vazios entre as moléculas do outro gás.
Um gás apresenta baixa densidade porque a massa de suas moléculas é muito pequena, quando comparada com o volume que ele ocupa. Em outras palavras, o volume de um gás é composto, praticamente, de espaços vazios.
Por definição, pressão é a relação entre o módulo de uma força e a área sobre a qual ela atua.
Logo, quanto maior a força com a qual a molécula de um gás colide contra a parede do recipiente que o contém, maior é a pressão exercida pelo gás dentro do recipiente. A pressão gasosa é o resultado das colisões de bilhões e bilhões de moléculas que compõem o gás contra as paredes do recipiente.
Determinação da pressão de um gás
Física, 2º Ano do Ensino Médio
Teoria Cinética dos Gases
A
F
P
F AQuando um gás é comprimido sob temperatura constante, o número de colisões das moléculas com as paredes do recipiente se intensifica, fazendo aumentar a pressão do gás. Ao contrário, quando é expandido, essa quantidade de colisões é menor, em virtude de as moléculas percorrerem distâncias maiores dentro do recipiente, fazendo diminuir a pressão do gás.
As figuras a e b demonstram a relação inversamente proporcional entre a pressão e o volume de um gás, descrita na lei de Boyle.
Para calcular a pressão exercida por um gás dentro de um recipiente, podemos considerar esse recipiente um cubo de aresta L contendo um gás com N moléculas.
Sabendo que o movimento das moléculas é aleatório, podemos supor que o efeito produzido seria o mesmo, caso 1/3 delas se movimentassem em cada uma das direções x, y e z.
Quando uma molécula de massa m0 e velocidade v colide com uma
face do cubo, o módulo de sua velocidade não se altera, conforme as figuras a, b e c.
Física, 2º Ano do Ensino Médio
Teoria Cinética dos Gases
O y z x a) v b) c) -v
