Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2ª Série Mistura de gases

Experimento: Bolhas de Sabão QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Experimento: Bolhas de Sabão Materiais detergente; água; canudo ou arco para fazer as bolhas; glicerina (vendida em farmácias). Imagens: (a)Autor desconhecido/Disponibilizado por Xanthine Complex/Domínio Público; (b) Martin Meise/GNU Free Documentation License; (c) : Kristian Ovaska/Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica.

Experimento: Bolhas de Sabão QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Experimento: Bolhas de Sabão Procedimento: misture bem a água com o detergente e a glicerina; num local com pouca ventilação, faça a maior bolha de sabão que puder. A bolha formada contém gás carbônico (CO2), cuja massa molar é 44 g/mol. Como a massa molar aparente do ar atmosférico é de 28,96 g/mol, a bolha desce ao invés de subir. Imagem : Andreas Hendrik/Public Domain.

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Misturas Gasosas Nos cilindros de ar que os mergulhadores carregam, o gás oxigênio (O2) é misturado com gás hélio (He). Imagem : Omniii/GNU Free Documentation License. Imagem : Peter Southwood/ Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported. O ar atmosférico é uma mistura dos gases nitrogênio, N2 (78%), oxigênio, O2 (21%), e outros gases (1%), com predominância do argônio, Ar.

Uma Mistura Gasosa Os cilindros Contendo... Após serem misturados, QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Uma Mistura Gasosa pA Os cilindros pB Contendo... pC VA VB VC Gás A TA Gás B Gás C TB TC nA nB nC Após serem misturados, num recipiente de volume V submetidos a uma pressão, V ... e atingirem o equilíbrio térmico numa temperatura T, ocupando um volume, T Gás A Gás B Gás C numa temperatura, com quantidade de matéria nt = nA + nB + nC, contendo um número de mols (quantidade de matéria), possuem pressão final Pt, dada por Pt = pA + pB + pC

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Fique Atento! Como os gases ideais não reagem entre si, a mistura irá se comportar como um gás único e obedecerá às mesmas leis que os gases isolados; para uma mistura gasosa do tipo A + B + C; poderemos aplicar a equação dos gases ideais: Pt.V = nt.R.T

Fração Molar de um Gás A (xA) QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Fração Molar de um Gás A (xA) é a relação entre a quantidade de matéria de um gás A (nA), por exemplo, e a quantidade de matéria total da mistura gasosa (nt): FIQUE ATENTO!! a soma das frações molares numa mistura deve ser sempre igual a 1: xA + xB + xC = 1 atualmente, utilizamos o termo fração em quantidade de matéria em vez de fração molar.

Pressão Parcial Pt = pA + pB + pC pA = xA.Pt QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Pressão Parcial é a pressão que um gás exerceria se estivesse sozinho, ocupando o volume total da mistura e na mesma temperatura em que essa mistura se encontra; lei das pressões parciais de Dalton: “a pressão total de uma mistura é a soma das pressões parciais dos gases”: Pt = pA + pB + pC enunciando a Lei de Dalton de outra forma, podemos afirmar que “a pressão parcial de cada componente de uma mistura gasosa é proporcional à quantidade de matéria desse componente na mistura”: pA = xA.Pt

Lei de Dalton, matematicamente QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Lei de Dalton, matematicamente após a mistura dos gases e utilizando a equação dos gases ideais, temos para um gás A: pA.V = nA.R.T para a mistura: Pt.V = nt.R.T dividindo as equações (Gás A/Mistura), temos: multiplicando meios pelos extremos obtemos A pressão parcial do gás A é proporcional à quantidade de matéria.

John Dalton começou a ensinar aos 12 anos numa escola da seita Quaker; QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas John Dalton começou a ensinar aos 12 anos numa escola da seita Quaker; em 1773, começou a lecionar Ciências em Manchester, num colégio presbiteriano; estudando as condições climáticas, coletou cerca de 200 mil observações do tempo ao longo de sua vida; concluiu que o magnetismo da Terra influenciava a formação das auroras boreais; em 1794, Dalton descreveu cientificamente sua dificuldade para distinguir as cores – hoje chamada de daltonismo em sua homenagem; elaborou a lei das pressões parciais estudando a atmosfera; foi o primeiro a expressar claramente a chamada Lei das proporções definidas; elaborou a Teoria Atômica em 1804; recebeu o título de Doutor em 1832; foi professor particular e de escolas por toda sua vida. Imagem : Charles Turner/United States Public Domain Nasceu em Eaglesfield (1766) e faleceu em  Manchester (1844).

Pressões Parciais no Mergulho QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Pressões Parciais no Mergulho As pressões parciais dos gases oxigênio e nitrogênio devem ser controladas durante o mergulho. O sangue apresenta os gases oxigênio e nitrogênio dissolvidos, provenientes da respiração, principalmente. Uma pressão parcial do nitrogênio elevada provoca sintomas semelhantes a uma embriaguez, fazendo o mergulhador perder a noção da realidade. Uma pressão parcial do oxigênio acima de 1,6 atm acelera o metabolismo a níveis perigosos. Por isso, utiliza-se uma mistura de oxigênio com gás hélio nos cilindros. Imagem : Ackbahr/GNU Free Documentation License Para saber mais sobre os efeitos da pressão durante o mergulho: http://www.biofisica.xpg.com.br/Capitulo%201/efeitos%20da%20pressao%20durante%20o%20mergulho.htm acesso em 02/07/2012.

Pressões Parciais e a calibragem dos Pneus QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Pressões Parciais e a calibragem dos Pneus Supondo que os pneus do automóvel da figura sejam calibrados com uma pressão de 3,0 atm, em Recife (cuja pressão atmosférica é 1,0 atm) e que o ar seja formado por 79% de nitrogênio (N2) e 21% de oxigênio (O2), as pressões parciais dos gases serão: Gás nitrogênio (A): 79% . 3,0 atm = 2,19 atm Gás oxigênio (B): 21% . 3,0 atm = 0,63 atm Observe que, somando-se as pressões parciais dos gases, obtemos a pressão total no interior dos pneus: 2,19 atm + 0,63 atm = 3,0 atm Confirmando-se, assim, a Lei de Dalton das pressões parciais: Pt = pA + pB Imagem : A.Viazemsky/Public Domain Calibrar os pneus é importante para a segurança do automóvel e deve ser feito no horário da manhã! Lembremos que o ar inserido nos pneus também é uma mistura gasosa.

Seleção Brasileira e as Pressões Parciais QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Seleção Brasileira e as Pressões Parciais Quando a Seleção Brasileira vai jogar em La Paz (Bolívia), cerca de 3.700 m acima do nível do mar, os jogadores sentem muito o efeito da altitude. Quanto maior a altitude, menor será a pressão atmosférica. Ao nível do mar (como em Recife), a pressão parcial do gás oxigênio dissolvido no sangue é de 0,20 atm. Em La Paz, essa pressão parcial cai para 0,12 atm. O corpo demora um tempo para se adaptar a essa nova pressão. Estádio de futebol em La Paz, Bolívia Imagem : Henrry104 1/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Volume Parcial V = VA + VB + VC QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Volume Parcial numa mistura gasosa, volume parcial de um gás é o volume ocupado por ele estando sozinho e submetido à pressão total e à temperatura da mistura; lei de Amagat: O volume total de uma mistura gasosa é a soma dos volumes parciais de todos os gases componentes da mistura. V = VA + VB + VC Obs.: Emile Hilaire Amagat (1841 – 1915) , um físico francês: inventou o manômetro hidráulico, que foi capaz de suportar até 3.200 atmosferas; em 1880 ele publicou sua Lei de Volumes Parciais; foi eleito membro da Academia Francesa de Ciências em 09 de junho de 1902; Amagat é o nome da unidade de densidade numérica em sua homenagem.

Poluição do Ar QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas a Região Metropolitana do Recife atingiu a marca de 1 milhão de veículos em setembro de 2011. No início do mês, a frota de Pernambuco já tinha chegado a 2 milhões. Atualmente, o Estado tem emplacado entre 1.000 e 1.300 veículos por dia; uma das principais preocupações dos ambientalistas é a quantidade de gases poluentes emitida diariamente para a atmosfera; como o volume de ar na atmosfera é muito grande, costumam-se expressar as quantidades dos poluentes em ppm (partes por milhão) e ppb (partes por bilhão). Imagem: EPA / Public Domain. FONTE: Adaptado de http://jconlineblogs.ne10.uol.com.br/deolhonotransito/2011/09/20/frota-da-regiao-metropolitana-do-recife-chega-a-1-milhao-de-veiculos/ acesso em 05/07/2012. Concentrações de monóxido de carbono (CO) acima de 400 ppm no ar (400 partes de CO em 1 milhão de partes de ar, em L, por exemplo) são potencialmente mortais. Isso significa que, num ambiente de 1.000L, 400 mL de CO serão suficientes para causar a morte.

Massa Molar Aparente de uma Mistura Gasosa QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Massa Molar Aparente de uma Mistura Gasosa Sabemos que a massa total de uma mistura gasosa (mt) é igual à soma das massas de cada gás: mt = mA + mB + mC; e a quantidade de matéria total na mistura (nt) é a soma das quantidades de matéria de cada gás: nt = nA + nB + nC ; sendo para uma mistura, temos temos que alternando as variáveis para um único gás Map = Massa aparente da mistura (em g/mol)

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Fique Atento! Podemos calcular a massa molar aparente (Map.) da mistura como a média ponderada das massas molares dos gases que compõem a mistura; os “pesos” serão as frações molares dos gases (ou seus percentuais em volume); ou ainda:

Qual a massa molar aparente do ar atmosférico? QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Qual a massa molar aparente do ar atmosférico? Como vimos anteriormente, o ar atmosférico é composto por uma mistura de 78% de gás nitrogênio (N2), 21% de gás oxigênio (O2) e 1% de gás argônio (Ar); temos, então: M(N2) = 28 g/mol M(O2) = 32 g/mol M(Ar) = 40 g/mol

Última torre do Zeppelin do mundo, localizada em Recife. QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Os antigos dirigíveis eram inflados com gás hidrogênio (H2), um gás muito inflamável. Atualmente usa-se o gás hélio (He). O princípio básico para fazer um dirigível voar é baseado no fato de o hidrogênio, 2g/mol (ou hélio, 4g/mol), ser mais leve que o ar. Última torre do Zeppelin do mundo, localizada em Recife. Os balões sobem porque a densidade do ar quente em seu interior é menor que a do ar atmosférico. Imagem : (A) NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC)/Public Domain; (B) Lsouza7 / Public Domain; (C) Björn Appel/GNU Free Documentation License; (D)Jdlong0624/ Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported.

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Densidade gasosa é a relação entre a massa molar aparente (Map.) e o volume molar (Vm) da mistura gasosa: para condições diferentes das CNTP, deveremos utilizar a equação de Clapeyron: A unidade da densidade (d) é g/L. A unidade do volume molar é L/mol. CNTP são as condições normais de temperatura e pressão (0°C e 1 atm). Volume de 1 mol da mistura medido nas CNTP. Imagem : AAAAA/Public Domain Para um único gás: Benoit Paul Émile Clapeyron (1799 — 1864) foi um engenheiro e físico francês.

Densidade da Mistura Gasosa QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Densidade da Mistura Gasosa Para uma mistura gasosa, devemos escrever: que poderá ser reescrito como alternando-se as variáveis ficando, então isolando d, obtemos: que é a densidade (d)

Quanto maior a massa molar, maior será a densidade. QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Densidade Relativa Considerando condições idênticas de temperatura e pressão, podemos dizer que a densidade relativa do gás A em relação ao gás B é o quociente entre as densidades absolutas de A e de B: Quanto maior a massa molar, maior será a densidade. Mas... obtemos

Fique Ligado! A densidade relativa (DA,B) não possui unidade; QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Fique Ligado! A densidade relativa (DA,B) não possui unidade; a densidade relativa indica quantas vezes um gás é mais (ou menos) denso que outro gás; as densidades dos gases são proporcionais às suas massas molares; assim, reforçando: quanto maior a massa molar, mais denso será o gás.

Efusão e Difusão É a difusão do gás! É a efusão do gás! QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Efusão e Difusão Sentimos o cheiro de um perfume porque algumas moléculas passam para o estado gasoso, difundindo-se pelo ar. É a difusão do gás! Imagem : shakko/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Por que os balões de aniversário ficam murchos no dia seguinte? Imagem : Esther Simin/GNU Free Documentation License Embora o balão esteja bem amarrado, o gás acaba escapando pelos minúsculos orifícios existentes na borracha. É a efusão do gás!

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Difusão Gasosa Os gases se movimentam continuamente e com altas velocidades; assim, os gases se misturam rapidamente, originando SEMPRE uma mistura homogênea; difusão gasosa é o movimento espontâneo da dispersão de um gás sobre outro numa mistura gasosa; em outras palavras, é a mistura espontânea dos gases entre si.

A velocidade de efusão é dada em L/min geralmente! QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Fique Ligado! Efusão gasosa ocorre quando um gás escapa através de um orifício; percebemos a efusão gasosa quando balões de aniversário murcham no dia seguinte; Lei de Graham das efusões gasosas: como velocidade de efusão de um gás e sua massa molar são inversamente proporcionais, concluímos que quanto maior for a massa molar, mais devagar o gás deverá escapar, demorando a difundir-se. A velocidade de efusão é dada em L/min geralmente!

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Thomas Graham nasceu em Glasgow (Escócia), em 1805, e faleceu em Londres (Inglaterra), em 1869; estudou nas universidades de Edimburgo (Escócia) e de Glasgow. Ensinou Química em Glasgow e no University College London; desde 1855 até sua morte, foi diretor da Real Fábrica de Moeda; descobriu o método da diálise para separar os coloides das soluções. Imagem : Autor desconhecido/Disponibilizado por Stanmar / Domínio Público A hemodiálise é uma diálise que ocorre no sangue, utilizando-se uma membrana semipermeável artificial (filtro) no tratamento de pacientes com deficiências renais.

Aplicação no vestibular 1 QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Aplicação no vestibular 1 (UFSE) Dentre os gases abaixo, nas mesmas condições, o que se difunde mais rapidamente é: o monóxido de carbono. a amônia. o ozônio. o nitrogênio. o hidrogênio. Dados: H = 1; C = 12; = 14; O = 16 Pela Lei de Graham, o gás que mais rapidamente irá se difundir será o que possuir menor massa molar!

Cálculo das massas molares: QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Cálculo das massas molares: Monóxido de carbono (CO): M(CO) = 1 .12 + 1. 16 = 28 g/mol Amônia (NH3): M(NH3) = 1 . 14 + 3 . 1 = 17 g/mol Ozônio (O3): M(O3) = 3 . 16 = 48 g/mol Nitrogênio (N2): M(N2) = 2 . 14 = 28 g/mol Hidrogênio (H2): M(H2) = 2 . 1 = 2 g/mol Como o gás hidrogênio possui a menor massa molar, concluímos que este irá se difundir mais rapidamente. A alternativa correta é LETRA E!

Aplicação no vestibular 2 QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Aplicação no vestibular 2 (Covest) O ar é uma solução gasosa contendo 20%, aproximadamente, de oxigênio. Em um recipiente com 5 atmosferas de ar, qual a pressão parcial do oxigênio? 0,2 0,8 1 2 5 De acordo com a Lei de Dalton, temos: 20% representa a fração molar do gás oxigênio: x = 20% = 0,20 5 atm é a pressão da mistura (pressão total): Pt = 5 atm a pressão parcial do oxigênio será: p = 0,20 . 5 = 1 atm

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio Misturas Gasosas Curiosidade Seria possível alguém se amarrar em balões cheios com hélio e voar? O sacerdote brasileiro Adelir de Carli era conhecido por voar amarrado a balões de gás hélio e planejava bater o recorde de permanência no ar, mas saiu de sua rota por causa de condições climáticas adversas e acabou desaparecendo, sendo encontrado morto após mais de 2 meses de buscas. Leia mais em http://pt.wikipedia.org/wiki/Adelir_Ant%C3%B4nio_de_Carli, acesso em 05/07/2012. http://www.iparaiba.com.br/noticias,123764,1,buscas+por+padre+que+sumiu+com+baloes+sao+encerradas.html, acesso em 03/07/2012.

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   2A Autor desconhecido / Disponibilizado por Xanthine Complex/Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:DrinkingStraws.jpg 24/08/2012 2B Martin Meise / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stirring_in_a_glass_of_Water.jpg?uselang=pt-br 2C Kristian Ovaska / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:FairyBottles.jpg 3 Andreas Hendrik / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seifenblasen.jpg 4A Peter Southwood / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Charging_a_spare_air_cylinder_PB048172.jpg?uselang=pt-br 4B Omniii / GNU Free Documentation License. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Skyshot.jpg 10 Charles Turner / United States Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:John_Dalton_by_Charles_Turner.jpg 11 Ackbahr / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Typical_diver.jpg 12 A.Viazemsky / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kwik-Fit_3.jpg 13 Henrry104 1/ Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EstadioBolivia.jpg

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   15 EPA / U.S. Environmental Protection Agency /Public Domain https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diesel-smoke.jpg 29/10/2012 19A NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC) / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin.jpg?uselang=pt-br 24/08/2012 19B Lsouza7 / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Torre_do_Zeppelin_-_Jiquia_-_Recife.JPG?uselang=pt-br 19C Björn Appel / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ballon-flame02.jpg?uselang=pt-br 19D Jdlong0624 / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ballon_Glow.jpg?uselang=pt-br 20 AAAAA / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benoit_Clapeyron.png 24A shakko / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guerlain_-_Le_parfum_de_Champs-Elysees_(1904)_Tortue.jpg 24B Esther Simin / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Baloon.jpg 27 Autor desconhecido / Disponibilizado por Stanmar/Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thomas_Graham.jpg?uselang=pt-br