2.2.1 Lei de Avogadro, volume molar e massa volúmica

V m = V n (dm3/mol) Volume molar O estudo do estado gasoso é particularmente interessante porque nele as moléculas podem ser consideradas como entidades que não interagem entre si, o que facilita a compreensão de diversos fenómenos. O volume molar (Vm) é uma das grandezas utilizada no estudo de gases e é calculado através da seguinte fórmula: V m = V n (dm3/mol)

Amedeo Avogadro Um dos químicos que mais se destacou no estudo do estado gasoso foi o italiano Amedeo Avogadro, que em 1811 revelou uma sua descoberta importante. Amadeo Avogadro

Lei de Avogadro Esta descoberta inicialmente chamava-se “hipótese de Avogadro”, mas nos dias de hoje tem o nome de Lei de Avogadro. Lei de Avogadro Volumes iguais de gases diferentes contêm o mesmo número de moléculas, quando medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura.

Volume O volume ocupado por um gás não depende do tipo de moléculas que o constituem. Volume: V(CO2) = V(O2) Pressão: p(CO2) = p(O2) Temperatura: T(CO2) = T(O2) Número de moléculas: N(CO2) = N(O2) CO2 O2

Volume ocupado O número de moléculas de gás, N, presentes numa amostra é diretamente proporcional à quantidade de matéria, n, isto é, ao número de moles. N= n ×NA Volumes iguais de gases contêm a mesma quantidade de matéria quando medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura.

Volume molar A partir da Lei de Avogadro, conclui-se que: Todos os gases têm o mesmo volume molar, nas mesmas condições de pressão e temperatura. O volume molar de qualquer gás nas condições PTN (pressão de 1 atmosfera e temperatura de 0 °C) é sempre 22,4 dm3/mol.

V m = V n ⇔ V = n × V m ⇔ ⇔ V m = 2,1 × 22,4 = 47 dm3 Exemplo de cálculo do volume Qual será o volume de uma amostra com 2,1 mol de hidrogénio gasoso, nas condições PTN? V m = V n ⇔ V = n × V m ⇔ ⇔ V m = 2,1 × 22,4 = 47 dm3

ρ= m V ⇔ ρ= n×M n ×V m ⇔ ⇔ ρ= M V m (g/dm3) Massa volúmica A massa volúmica ou densidade é calculada através de: ρ= m V ⇔ ρ= n×M n ×V m ⇔ ⇔ ρ= M V m (g/dm3)

Exemplo de cálculo da massa volúmica A massa de uma mole de nitrogénio é 28,0 g e o volume ocupado por uma mole, a PTN, é 22,4 dm3. Qual a sua massa volúmica? ρ = M V m ⇔ ρ = 28,0 22,4 ⇔ ρ = 1,25 g/d m 3

Atmosfera terrestre A troposfera, a camada da atmosfera terrestre mais próxima da superfície, é constituída principalmente por nitrogénio (ou azoto) (78%) e oxigénio (21%). Estas percentagens são expressas em volume. Composição do ar da troposfera, seco e não poluído (percentagem em volume)

Poluição atmosférica Substâncias que existem no ar, como os óxidos de carbono (CO, CO2) ou de nitrogénio (NO, NO2), são libertadas em larga escala devido à atividade humana, provocando poluição atmosférica. A poluição atmosférica pode ser de origem natural e de origem antropogénica.

Fontes antropogénicas Poluição atmosférica Poluentes Fontes naturais Fontes antropogénicas Produção de energia elétrica e aquecimento, transportes, indústria transformadora Dióxido de carbono (CO2) Respiração Atividade microbiana nos solos, relâmpagos Transportes, produção de energia elétrica, indústria transformadora Óxidos de nitrogénio (NO e NO2) Óxidos de enxofre (SO2 e SO3) Oceanos, vulcões, erosão do solo Produção de energia elétrica, indústria transformadora

Fontes antropogénicas Poluição atmosférica Poluentes Fontes naturais Fontes antropogénicas Pântanos, decomposição de matéria orgânica, digestão dos ruminantes Compostos orgânicos voláteis, COV (metano, compostos aromáticos e halogenados, etc.) Transportes, solventes, eliminação de resíduos, agropecuária Matéria particulada (poeiras, fumos, pólenes, aerossóis, etc.) Ventos e tempestades, floração, aerossol marítimo Construção civil, transportes, fogos florestais, aquecimento doméstico Descargas elétricas, reações químicas entre outros poluentes Ozono na troposfera Relâmpagos

Atividade Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. Nas mesmas condições de pressão e de temperatura, 1 mole de dióxido de carbono gasoso ocupa o mesmo volume que uma mole de hidrogénio no estado gasoso. O volume ocupado por uma mole de oxigénio é 22,4 dm3. Nas condições PTN duas moles de amoníaco no estado gasoso ocupam 44,8 dm3. Em 22,4 dm3 de O2 existem 6,02×1023 átomos de oxigénio. Quanto maior for a massa molar de um gás maior é a sua densidade.

Atividade – Resolução Verdadeira. Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. Nas mesmas condições de pressão e de temperatura, 1 mole de dióxido de carbono gasoso ocupa o mesmo volume que uma mole de hidrogénio no estado gasoso. O volume ocupado por uma mole de oxigénio é 22,4 dm3 Nas condições PTN duas moles de amoníaco no estado gasoso ocupam 44,8 dm3 Em 22,4 dm3 de O2 existem 6,02×1023 átomos de oxigénio Quanto maior for a massa molar de um gás maior é a sua densidade Verdadeira. Falsa. Isto só se verifica nas condições PTN (1 atm e 0 °C). Verdadeira. Falsa. Contém 6,02×1023 × 2 = 1,20×1024 átomos de oxigénio. Verdadeira.

Em síntese Estado gasoso: estado físico da matéria em que as partículas estão praticamente livres, ocupando todo o volume do recipiente que as contém (sem forma própria nem volume constante). Volume de um gás: diretamente proporcional ao número de unidades estruturais (a pressão e a temperatura constantes). V n = constante Volume molar, Vm: volume ocupado por uma mole de qualquer gás. Nas condições PTN: Vm = 22,4 dm3 mol−1. Massa volúmica (ou densidade) de um gás: ρ = m V Para 1 mol, e nas condições PTN: ρ = M 22,4 g dm-3.