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ATMOSFERA Temperatura, pressão, densidade e volume molar
As camadas na atmosfera são:
Troposfera.
Estratosfera.
Mesosfera
Termosfera
Exosfera
A variação da temperatura com a altitude permite definir 5 camadas.
As zonas de fronteira tomam o nome de :
Tropopausa
Estratopausa
Mesopausa
Termopausa
Proximidade do Sol.
Interação da radiação solar com os gases atmosféricos.
Ocorrência de reações químicas entre espécies atmosféricas.
Maior altitude menor temperatura.
A Terra aquece as camadas de ar mais próximas da superfície;
O ar quente (menos denso) sobe e o ar frio (mais denso) desce, num movimento vertical de convecção.
As massas de ar podem também movimentar-se (horizontalmente) pela ação dos ventos.
As temperaturas depende também da latitude e longitude.
Diminui até cerca -60 ºC.
O aumento da temperatura, com a altitude, na estratosfera, está associado à absorção pelo ozono da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, evitando que os raios mais perigosos atinjam a Terra e protejam os seres vivos. O ozono, absorve as radiações UV-B (280-320 nm), transformando-se em dioxigénio, sendo esta reação fortemente exotérmica:
2 O3 + UV → 3 O2 + calor
A temperatura diminui com a altitude até ao valor mínimo de -90 ºC a 80 km.
Esta variação é atribuída à diminuição da influência do ozono e ao afastamento da Terra que leva a uma progressiva rarefação e consequente arrefecimento.
Dá-se a volatilização das estrelas cadentes, meteoritos…
As moléculas existem dissociadas e ionizadas devido à radiação ultravioleta e ao vento solar.
A elevada temperatura observada resulta do choque entre moléculas e iões (acelerados por campos elétricos e magnéticos locais).
A temperatura (450-2300 ºC) depende da atividade solar sendo maior durante o dia.
Zona onde as ondas rádio se refletem voltando à Terra o que facilita as comunicações.
A densidade da atmosfera é extremamente baixa.
A atmosfera é constituída exclusivamente por alguns iões (não existem moléculas gasosas neutras).
A força gravítica atrai a massa gasosa da atmosfera para a Terra.
A pressão atmosférica é a pressão exercida pelo peso de uma coluna de ar com a altura igual à da atmosfera e base de um metro quadrado.
A pressão atmosférica diminui com a altitude.
A pressão atmosférica normal é igual a 760 mm Hg (pressão a 0º C e ao nível das águas do mar).
Como varia a pressão e a densidade com a altitude ?
À medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica e a densidade da atmosfera vai diminuindo.
A 11 km a pressão atmosférica é cerca de 25% da pressão atmosférica normal, mas na estratosfera é cerca de mil vezes menor.
Mole
Volume Molar
Massa Molar
O Comité de dados para a ciência e tecnologia publicou a
última versão da CODATA (V.6) em 02-06-2011 denominada:
“2010 CODATA“.
A CODATA recomenda para o volume molar de um gás ideal,
nas CNTP (condições normais de temperatura e pressão) os
valores:
A PTN (273,15 K; 101 325 Pa)
O volume molar é: 22,413 996 ± 0,000 039 L mol-1
A IUPAC define Pressão Atmosférica Padrão como
sendo Pa.
A esta pressão atmosférica padrão corresponde o
volume molar (padrão) : 22,71 L/mol.
Nas CPTP (condições de pressão e temperatura padrão)
(273,15 K; 100 000 Pa) o volume molar é:
= 22,710 981 ± 0,000 040 L mol-1
Em 1811, formulou a hipótese sobre a composição
molecular dos gases. Formou-se em ciências jurídicas, mas
exerceu a advocacia por pouco tempo, dedicando-se como
amador à matemática, à física e à química. Em 1809 tornou-
se professor de física e de matemática no Realli Collegio de
Vercelli. Em 1811, com base nos estudos de Joseph-Louis
Gay-Lussac, enunciou o extraordinário princípio de
Avogadro:
Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão, têm o mesmo número de moléculas.
Lei de Avogadro
O número de partículas, N, presentes numa amostra é dado pela expressão:
A massa de uma amostra é dada por:
O volume de uma amostra de gás a PTN é dado por:
N = n x NA
m = n x M
V = n x Vm V – volume da amostra n – quantidade de matéria Vm – volume molar
N – número de partículas da amostra n – quantidade de matéria NA – constante de Avogadro
m – massa da amostra n – quantidade de matéria M – massa molar
Volume Molar (Vm)
É o volume ocupado por uma mole de gás. Exprime-se em
decímetros cúbicos por mole ou em litros por mole.
O volume molar de qualquer gás nas condições PTN é
sempre 22,4 .
Nesse volume existem moléculas.
Volume Molar (Vm)
O volume ocupado por um gás praticamente não
depende do tipo de moléculas que o constituem,
mas sim do seu número porque as moléculas de
uma amostra no estado gasoso ocupam um espaço
ínfimo quando comparado com o volume da
amostra.
Volume Molar (Vm)
O facto do volume molar de um gás não depender do tipo
de moléculas desse gás subentende duas afirmações:
O volume das moléculas é desprezável quando
comparado com o volume do gás.
As moléculas do gás praticamente não interagem entre
si (pois estão afastadas umas das outras).
Mole – Substâncias Gasosas É fácil medir uma mole de moléculas de oxigénio?
O oxigénio é um gás.
Basta medir um volume de 22,4 L, nas
condições PTN, e obtemos moléculas.
Mole – Substâncias Sólidas e líquidas
É fácil medir uma mole de moléculas destas
substâncias?
Não sabemos qual o volume molar!
Como podemos medir a quantidade de matéria?
Para dar resposta à questão temos que definir
uma nova grandeza – a massa molar
Massa Molar
A massa molar (M) indica a massa (m) por unidade
de quantidade de matéria, (n) e é expressa em gramas
por mole (g/mol)
m – massa da amostra n – quantidade de matéria M – massa molar
Massa Molar
A massa molar diz-nos qual é a massa que
corresponde a uma mole de determinada
substância. Por exemplo:
Como : e a
Volume e Densidade da água
Densidade do ar/ densidade da água
H2O
Densidade de substâncias sólidas
Síntese:
As grandezas mais usadas em química:
Exercício - 1
Com base nas definições de quantidade de matéria e de
volume molar, calcule:
a) O número de moléculas existentes numa botija
contendo 0,75 mol de dióxido de carbono.
b) O volume ocupado por 20 mol de metano, CH4 , nas condições PTN.
c) O número de átomos existentes em 2,4 litros de árgon?
d) O número de moléculas de oxigénio existentes num
balão cheio de ar, com o volume de 5 litros a PTN.
Exercício - 2
Os valores das massas molares dos elementos podem ser
consultadas numa tabela que está no final do livro (são
numericamente iguais às massas atómicas relativas).
a) Calcule a massa molar de CO2 , N2 e C2H6O.
b) Calcule a massa de N2 que é necessário medir para obter
0,45 moles desta substância.
c) Durante um ano, em média, são enviadas para a
atmosfera cerca de 100 milhões de toneladas de dióxido
de carbono. Calcule o número de moléculas de dióxido
de carbono a que corresponde essa emissão anual no
nosso planeta.
Exercício - 3
Um depósito de gás, usado para armazenar etano, tem a
capacidade de 250 litros.
a) Qual é a quantidade de matéria de etano existente
dentro do depósito nas condições PTN? Justifique a
resposta com base na definição de volume molar, Vm.
b) Quantas moléculas de etano existem dentro do
depósito? Justifique a resposta com cálculos.
Exercício - 4
A fórmula molecular da sacarose, principal constituinte do
açúcar, é C12H22O11.
a) Quantos átomos de cada elemento existem na referida
molécula?
b) Calcule a massa molecular relativa, Mr , da sacarose.
Qual é o significado deste número?
c) Qual é a massa molar, M, da sacarose?
Exercício - 5
Uma lata de spray, mesmo depois de esgotada, ainda
contém no seu interior 0,98 g de propano C3H8, nas
condições PTN.
a) Qual é a quantidade de matéria de propano existente
dentro da lata?
b) Calcule o volume da lata, com base no volume molar,
Vm, nas condições PTN.
c) Calcule a massa volúmica do propano nas condições de
PTN.
Exercício - 6
Uma botija de gás contém as seguintes indicações:
Capacidade – 26,2 L
Propano – 11 kg
Butano – 13 kg
Pressão de ensaio – 2,94 MPa
A pressão de ensaio é a pressão máxima a que a botija foi
sujeita.
a) Indique o valor da pressão de ensaio em unidades SI.
b) Calcule o volume ocupado pelo conteúdo da garrafa nas
condições PTN.
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