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FÍSICO-QUÍMICA LICENCIATURA EM FÍSICA Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin.

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1 FÍSICO-QUÍMICA LICENCIATURA EM FÍSICA Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin

2 Gases apresentam propriedades bem diferentes dos sólidos e dos líquidos: não têm volume próprio, não têm forma própria apresentam grande compressibilidade e expansibilidade a vaporização é acompanhada de um enorme aumento de volume. ESTUDO DOS GASES

3 Modelo gasoso: a teoria cinética dos gases. As moléculas de um gás estão em contínuo movimento e separadas entre si por grandes espaços vazios em relação ao tamanho delas. As moléculas são completamente livres em seu movimento e as colisões intermoleculares são perfeitamente elásticas. GASES IDEAIS

4 O estado de um gás é definido pelas grandezas físicas pressão, volume e temperatura. Assim, se conhecemos a pressão (p), o volume (V) e a temperatura (T) em que um gás se encontra num determinado momento, dizemos que seu estado é definido. Se pelo menos uma dessas grandezas variar, o gás já estará em outro estado. Por isso p, V e T são denominadas variáveis (funções) de estado. VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

5 Volume (V): expressa o espaço ocupado pelo gás. O volume do gás é medido pelo volume do recipiente que o contém. As unidades usuais de medida são o metro cúbico (m 3 ), o litro (L), igual a 1 dm 3, e o mililitro (mL), igual a 1 cm 3. VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

6 Pressão (p) de um gás: resulta da colisão das moléculas contra as paredes do recipiente. É a força por unidade de superfície (P = F/A) exercida pelas moléculas do gás contra a parede do recipiente onde está contido. Unidade SI: Pascal (Pa), igual a 1 N / m 2. Outras unidades: atmosferas (atm), milímetros de mercúrio (mmHg) e torricelli (torr). 1 atm = 760 mmHg = 760 torr » 10 5 Pa VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

7 Temperatura (T) de um gás: é uma medida do seu estado de agitação molecular e da energia associada ao movimento dessas partículas. medida em Kelvin (K) ou graus Celsius ( o C). 0 K (zero absoluto) = -273 o C VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

8 Condições normais de temperatura e pressão (CNTP) T = 0 o C ou 273 K – temperatura normal p = 1,00 atm ou 760 mmHg – pressão normal Quando estas condições são satisfeitas, dizemos que o gás está nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP). VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

9 TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA: Para T constante, o volume ocupado por uma quantidade fixa de um gás é inversamente proporcional à sua pressão. p 1 V 1 = p 2 V 2 ou pV = K LEI DE BOYLE

10 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA (ISOMÉTRICA OU ISOVOLUMÉTRICA): Para V constante, a pressão de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. p 1 /T 1 = p 2 /T 2 ou p/T = K LEIS DE CHARLES E GAY-LUSSAC

11 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA: Para P constante, o volume de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. V 1 /T 1 = V 2 /T 2 ou V/T = K A partir destas leis é possível chegar à equação geral dos gases ideais: p 1 V 1 /T 1 = p 2 V 2 /T 2 LEIS DE CHARLES E GAY-LUSSAC

12 VOLUME MOLAR É o volume ocupado por um mol de moléculas de uma substância. Hipótese de Avogadro Volumes iguais de gases diferentes, medidos nas mesmas p e T, têm o mesmo número de moléculas. PARA GASES IDEAIS: 1 mol de moléculas de qualquer substância no estado gasoso ocupa o volume de 22,4 L nas CNTP.

13 EQUAÇÃO DE ESTADO DO GÁS IDEAL EQUAÇÃO DE CLAPEYRON : pV = nRT n = número de mols R = constante universal dos gases. Esta constante R é a constante K, da equação geral dos gases ideais, no caso particular da quantidade do gás ser igual a 1 mol. Valores de R: 0,082 atm.L.mol -1.K -1 62,3 mmHg.L.mol -1.K -1

14 GASES REAIS Interações Moleculares PV=nRT funciona perfeitamente com P < 1 atm e T >> T cond pressão baixa reduz a probabilidade de colisões entre as moléculas alta T aumenta a velocidade das moléculas, ou seja, diminui as interações intermoleculares uma molécula com alta velocidade (elevada E c ), passa por outra molécula sem sofrer desvios consideráveis ou atrações.

15 GASES REAIS Fator de compressibilidade Há uma grandeza chamada fator de compressibilidade (z) que podemos expressar por:

16 GASES REAIS Para gases ideais, Z = 1 sob quaisquer T, V e p. Experimentalmente, Z desvia-se de 1 a p altas e T baixas

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19 GASES REAIS Equação do Virial pV m = RT(1 + B´p + C´p ) pV m = RT (1+ B/V m + C/V m ) B e C são coeficientes viriais

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23 Tabela: Constantes de van der Waals

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27 Fluído Supercrítico: passa da região de líquido para a região de gás sem atravessar a fronteira que representa a transição de fases, isto é, a mudança ocorre continuamente, sem a identificação de duas fases coexistindo.

28 Exercícios 1- Um mol de CO 2, a 27,5 C ocupa 137,69 cm 3. Se gás obedece a equação de van der Waals, qual é a pressão em Pa. 2- Calcule a pressão exercida por 1,0 mol de H 2 S, comportando-se como : (a) um gás perfeito, (b) um gás de van der Waals, quando está confinado nas seguintes condições: (i) a 273,15 K em 22,4 L (ii) a 500 K em 150cm 3. a= 4,484 atm L 2 mol -2 ; b= 4,34x10 -2 L.mol -1

29 GASES REAIS


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