O Estudo dos Gases

1. Introdução

Sabe-se que os gases possuem importância fundamental na química. E para identificar o comportamento de um gás, é necessário o estudo de suas propriedades.

Os primeiros estudos sobre os gases, foi realizado por Robert Boyle, em 1662. Ele notou a existência de uma relação matemática entre a pressão e o volume de um gás em uma determinada temperatura, e chegou à conclusão de que a pressão é inversamente proporcional ao volume. [1]. Essa relação é descrita pela equação 1:

𝑝=𝐾𝑉 Eq1: Lei de Boyle.

Em que p=pressão, k=constante e v=volume

Um pouco mais tarde, Charles e Gay-Lussac aprimoraram os estudos de Boyle e analisaram a dependência do volume de um gás com sua temperatura, em uma determinada pressão, e chegaram a conclusão de que o volume aumenta de acordo com a elevação da temperatura [1]. Essa dependência é descrita pela equação 2:

𝑉=𝑉0(1+𝛼𝑡) Eq2: Lei de Charles e Gay-Lussac

Em que V=volume, V0= Volume inicial, t=temperatura e α=constante.

Dessa maneira, ao reunir as duas relações citadas acima, tem-se a Lei do gás ideal.

Um gás ideal pode ser definido como um gás que segue a lei geral dos gases, ou seja, seus valores se tornam cada mais exatos à medida que sua pressão tende a zero [2]. A equação que descreve esse comportamento é:

𝑝∗𝑣=𝑛𝑅𝑇 Eq 3: Lei dos Gases Ideias.

Em que p= pressão, V= volume, n= número de mols, R= constante de Avogadro T= temperatura (em Kelvin)

Os gases perfeitos, possuem as seguintes características:

 Não há interação gravitacional entre as moléculas;

 As colisões entre as moléculas são elásticas

 As moléculas apresentam movimento desordenado e velocidade que dependem do valor da temperatura

Também, é importante notar, a importância dos gases reais. Gases reais são aqueles que não obedecem a lei dos gases ideais e suas moléculas interagem entre si. [2]

Uma característica relevante sobre os gases reais, é que ele possui o fator de compressibilidade, o qual pode ser definido como a razão entre o volume molar do gás e o volume molar de um gás perfeito, diferente de zero. Os valores do fator de compressibilidade são tabelados para cada molécula e leva em consideração as atrações e repulsões entre as moléculas[2].

Para analisar os estudos de um gás real, Van der Waals propôs a seguinte equação:

𝑝=𝑛𝑅𝑇𝑉−𝑛𝑏−𝑎 𝑛2𝑉2 Eq 4: Gases reais

Em que a e b são os fatores de compressibilidade, conhecidos como coeficientes de Van Der Waals, os quais são responsáveis por corrigir os desvios dos valores reais. [2]

2. Objetivos

Este experimento teve como objetivo analisar o comportamento do volume de um gás em função da pressão, com a temperatura constante.

Com os resultados, a construção de gráficos que relacionam a pressão com o volume será construída e analisada para comprovar a veracidade da Lei de Boyle e Mariotte para transformações isotérmicas de uma massa gasosa, e também, a Lei dos gases ideais.

3. Materiais e Métodos

3.1. Materiais

 Aparelho gaseológico Emília EQ037C composto por:

1 tripés com haste e sapatas niveladoras

1 haste metálica com 400 mm (2);

1 painel osicionador (3);

1 parafuso micrométrico (4) com escala espelhada (5) e manípulo (6);

1 seringa em vidro resistente com escala volumétrica (7);

1 válvula de três vias de desvio de fluxo (8);

1 tubo de conexão (9);

1 manômetro com fundo de escala 2 kgf/cm2 (30psi) (10);

A imagem abaixo indica o aparelho utilizado no experimento:

Figura 1: Aparelho gaseológico utilizado no experimento 1.

3.2. Métodos

Primeiramente, montou-se o aparelho de acordo com a figura 1, e logo em seguida, foi feito o teste para verificar se o aparelho estava vedado, o qual foi realizado fechando a válvula 8, gerando um confinamento de 15ml de acordo com o medidor da seringa. Após, girou-se o manípulo até o manômetro atingir a pressão de 0,6 kgf/cm2. Depois, esperou-se certa de 1 minuto e confirmou-se a vedação do aparelho, devido a não alteração na pressão.

Assim, após o teste, levantou-se o êmbolo até sua capacidade máxima, e logo em seguida mediu-se a pressão diminuindo o volume em 1,35 ml, o que corresponde a 3 voltas do manípulo. Esse procedimento foi reproduzido 7 vezes, marcando a pressão vista no manômetro.

4. Resultados e Discussão

4.1. Resultados

A seguir os dados da temperatura e pressão local no laboratório: temperatura 297K, pressão 700mmHg, que equivale a 93325,7 Pa.

A tabela abaixo indica os dados experimentais coletados de pressão manométrica e volume.

Tabela 1: Dados experimentais de pressão e volume. Primeira medida

Vf(V0)(mL)

V

Pm

Pm

1/V

Pt

PnVn

(mL)

(kgf/cm2)

(Pa)

(ml-1)

(Pa)

15,26

15,26

0

0

0,06553

0

0

15,26-1,35

13,91

0,11

10787,315

0,07189