ANÁLISE DO DESVIO DE COMPORTAMENTO ENTRE GÁS REAL E GÁS

ANÁLISE DO DESVIO DE COMPORTAMENTO ENTRE GÁS REAL E GÁS

IDEAL

INTRODUÇÃO

Muitos trabalhos foram desenvolvidos visando explicar o desvio de comportamento de um gás real e um gás ideal.

A definição de um gás ideal está na equação de estado

PV = nRT para quaisquer valores de P e T.

Um gás ideal possui moléculas esferas rígidas de diâmetro d, com movimento aleatório ou desordenado, as partículas possuem massa maior que zero e volume individual desprezível, quando as interações intermoleculares, de atração e de repulsão, são desprezíveis. Quando as medidas de P, V e T não admitem a relação prevista pela Equação acima, o gás desvia-se da idealidade e apresenta um comportamento não ideal

Um gás real existe sob a maioria das condições de T e P e são sujeitas às forças de atração à longa distância e forças de repulsão à curta distância.

O gás real é formado por partículas que possuem massa m > 0, volume V > 0 e força de interação entre partículas f ≠ 0.

EQUAÇÃO (5)

O gás perfeito deve apresentar massa m > 0, volume V = 0 e força de interação entre partículas f = 0.

Gases e vapores com baixa massa específica tem comportamento próximo dos gases perfeitos.

A avaliação de comportamento do gás real pode ser feita por meio da equação de estado de van der Waals

EQUAÇÃO 2 P 6

Os valores das constantes a e b dependem da composição do gás, podendo ser determinados pelas expressões:

EQUAÇÕES 3 E 4

A faixa de massa específica em que a equação dos gases perfeitos prediz o comportamento de um gás real com precisão e de um gás real desviando-se do gás ideal. Essas informações podem ser esclarecidas a partir do conceito de fator de compressibilidade Z, o qual é definido pela relação

EQUAÇÃO (5)

ou

EQUAÇÃO (6)

Diante da equação (5), quando se trata de um gás ideal Z = 1, e que o afastamento de Z, é uma medida do desvio de comportamento do gás real em relação ao previsto pela equação (1). O desvio do gás ideal é mais evidente a altas pressões e baixas temperaturas.

 Havendo interesse de representar várias substâncias num mesmo diagrama de compressibilidade, devem-se utilizar as propriedades reduzidas em relação àquelas do ponto crítico. Que são definidas como:

EQUAÇÃO (7)

EQUAÇÃO (8)

EQUAÇÃO (9)

O gás ideal pode ser entendido como um gás real submetido à condições de P eT. Este trabalho visa apresentar, por meio de discussões e gráficos, os desvios de comportamento dos gases reais e gases ideais, quando submetidos a determinadas condições de estado.

METODOLOGIA

Os cálculos envolvidos (P-V-T) aos gases ideais foram feitos com a equação de Clayperon e os gases reais, com a equação de van der Waals. As condições termodinâmicas foram as previstas para as transformações à baixa pressão e alta temperatura. Por último, utilizaram-se as propriedades reduzidas de diferentes gases como condição para representá-los em um mesmo diagrama de compressibilidade.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

A partir do Gráfico 1, que, para altos valores da pressão, ocorreu um desvio de desempenho das isotermas do gás real em relação ao ideal. Porém, à medida que a pressão do gás se reduz, acentua-se uma convergência nesse comportamento.

O parâmetro avaliado para o gás real e para o gás ideal, na Figura 1, foi a pressão, que foi calculada para uma quantidade de matéria equivalente a 1,0 mol de gás à temperatura de 25 ºC. O gás utilizado nesse estudo comparativo foi o argônio (Ar).

GRÁFICO 1

Gráfico 1: Diagrama P x V para o desvio de um gás real em relação ao gás ideal.

Sobre a Figura 1, a pressão do gás real diminui, comparada à do gás ideal. Isso deve-se ao aumento das interações entre as partículas formadores do gás em altas pressões. As moléculas gasosas possuem menos espaço para se deslocarem e ao se chocarem e com as paredes do recipiente, perdem energia cinética, passando a exercer menor pressão no interior do sistema gasoso. Portanto, quando submetido às mesmas condições, o gás real exercerá menor pressão que o gás ideal.