Experimentalmente,
Amedeo Avogadro verificou que:
Volumes iguais de gases diferentes, sob as mesmas
condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de partículas.
A
partir dessa verificação, conhecida como Hipótese de Avogadro, podemos definir
a grandeza volume molar:
Volume molar é o volume ocupado por 1 mol de partículas
de qualquer espécie química.
Assim,
para Avogadro, o volume molar para quaisquer gases, nas mesmas condições de temperatura
e pressão, é sempre o mesmo.
As
condições de temperatura e pressão mais utilizadas são: 1 atm ou 760 mmHg de
pressão e 0 ºC ou 273 K de temperatura.
A
essas condições, damos o nome de condições normais de temperatura e pressão
(CNTP). Nas CNTP, o volume molar vale 22,71* litros.
*1 atm de pressão
equivale a 1,013x105 Pa. Na realidade, o novo valor de pressão nas
CNTP não é 1,013x105 Pa, mas, sim, 1,0x105 Pa. Com isso,
o volume molar, que com o valor anterior de pressão era 22,4 L, passou a ser
22,71 litros
EQUAÇÃO
DE CLAPEYRON
Clapeyron,
analisando a Hipótese de Avogadro, deduziu uma equação que relaciona as
variações de pressão, volume e temperatura, bem como a quantidade de matéria do
gás em questão. Pela equação geral dos gases, temos:
p . v = constante
T
Chamemos tal
constante de “R”, a constante universal dos gases.
p . v = R
T
Para
calcularmos o valor numérico de “R”, tomemos as CNTP, em que 1 mol de um gás
qualquer ocupa o volume de 22,71 L, a 273 K e 1,0x105 Pa (0,987
atm).
R = p .V à R = 0,987 atm . 22,71 L.mol –1
T 273K
R = 0,082 atm.L.K–1.mol–1
Sendo assim, para
cada mol de gás, temos:
p . v = R
T
ou
p.V = n . R . T
Em que:
p ⇒
pressão
V ⇒
volume
n ⇒
quantidade de matéria:
n = massa (g)
massa molar (g . mol -1)
R: constante
universal dos gases
T: temperatura
termodinâmica (K)
OBSERVAÇÕES
1. Quando a
pressão for dada em mmHg, o valor de
R é: R = 62,3
mmHg.L.K–1.mol–1
2. Quando a
pressão for dada em Pa, o valor de R é: R = 8,3 Pa.m3.K–1.mol–1
O valor de R só se altera quando mudamos de unidades (sistema
de medidas).
DENSIDADE GASOSA
Densidade
é a relação existente entre a massa e o volume ocupado por ela.
d = m/v
Geralmente,
as densidades gasosas são expressas em g.L–1. A densidade de um gás pode ser
calculada levando-se em consideração o volume molar e a massa molar do gás.
massa molar
d = volume molar/volume
molar
Se
o sistema encontra-se nas CNTP, temos:
d = massa molar
/22,71L
Entretanto,
não dispondo do valor do volume molar, podemos calcular a densidade a partir da
equação de Clapeyron:
OBSERVAÇÕES
1. Um balão de festa não sobe se
for enchido pelo sopro, pois o principal gás liberado no sopro é o CO2,
que é mais denso que o ar.
2. Os balões de festa que sobem
contêm em seu interior um gás menos denso que o ar, normalmente hélio (He). 3.
Ao aumentarmos a temperatura de um sistema gasoso, a densidade de um gás
diminui. É por isso que o congelador de uma geladeira deve ser instalado na
região superior da geladeira, pois o ar frio é mais denso que o ar quente e
tende a descer. Pelo mesmo motivo, os aparelhos de ar condicionado devem ser
instalados, pelo menos, a 1,75 m acima do nível do chão.
4. Os balões de competição e os de
São João sobem devido a uma fonte de calor que aquece o ar de seu interior e os
tornam menos densos que o ar externo.
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