1 - Lei Zero Da Termodinâmica - Gases

7/25/2019 1 - Lei Zero Da Termodinmica - Gases

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PROPRIEDADES DOS GASES

O Gs Perfeitomolculas (ou tomos) em movimento

Movimento aumenta com aumento da Temperatura

Molculas muito separadas umas das outras Trajetrias muito pouco perturbadas por foraintermoleculares


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Os estados dos gasesEstado fsico :definido por propriedades fsicas

Gs puro:

Volume que ocupa, V

Quantidade de substncia (nmero de moles), n Presso, PTemperatura , T

Se trs var iveis especificadas quarta varivel f ixada Equao de Estado:

P = f ( T, V, n)


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Unidades de Presso

Nome Smbolo Valor

pascal 1 Pa 1 N m-3

, 1 kg m-1

s-2

bar 1 bar 105 Paatmosfera 1 atm 101.325 Patorr 1 Torr 133,32... Pamm Hg 1 mmHg 133,322...kPalibra por polegada 1 psi 6,894757...kPaquadrada

PressoFora / rea [SI] = Pa


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Medida de Presso

P = P ex + g h

(a)Tubo aberto

= Densidadeg = Gravidade localh = altura


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Temperatura

Propriedade que nos indica o sentido do fluxo deenergia atravs de uma parede termicamentecondutora.


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Fronteira adiatrmica no h transferncia decalor.

Equilbrio trmico.


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Lei Zero da Termodinmica


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As Leis dos Gases Leis empricas

Lei de Boyle

P 1 / V

temperatura constante, a presso de umadeterminada quantidade de gs inversamenteproporcional ao seu volume.

P 0


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Lei de Charles, Gay-Lussac(a Presso Cte) (a Volume Cte)

V = Cte x T P = Cte x T


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Volume molar:VmVm = V / n

Princpio de Avogadro:

Volumes iguais de gases, nas mesmas condiede temperaturas e presso contm o mesmnmero demolculas

V = constante x n (P e T constantes)


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P V = cte V = cte x T P = cte x T V = cte x n

PV = cte x nTA constante de proporcionalidade independente da identidade do gs


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Lei dos Gases perfeitos ou ideais

P V = n R TVolume molar Vm

Condies normais ambientes de temperatura e presso (CNATP) T =298,15 K P = 1 bar (105 Pa)

1m molL789,241

15,298x08314,0P

RTV

Condies normais de temperatura e presso (CNTP) T =0o C = 273,15 K P = 1 atm

1m molL4,22

1

15,273x082,0

P

RTV


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Superfcie de estado dos gases

Transformaes isotrmicasTransformaes isobricas

Transformaes isomtricas

Equao combinada dos gases


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Misturas de gases

A presso exercida por uma mistura de gases a soma da presses parciais dos gases que a compem

Lei de Dalton

iiPP P x P ii

xi = frao molar


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Representao da Lei de Dalton


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Gases Reais

I nteraes entre as molculas gasosas

Foras de atrao Foras de repulso

Interaes de curto alcancedistancia inter-molecular

pequenaPresso alta

Alcance relativamentegrande

presses moderadas

Gases reais exibem desvios em relao lei dos gases

perfeitos, por causa das foras intermoleculares.

I t i t l l


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Repulso: distncia pequena

atrao: distncia intermediria

nula: distncia muito longa

Interaes intermoleculares

T pode influenciar asinteraes.

P 0, gs que ocupavolume grandecomporta-se como gsideal

P . moderada,prevalecem as forasatrativas.P. Elevada prevalecemas foras repulsivas.


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0m

m

VV

perfeitogsumdemolar volumegsdomolar volume

Z

RT

PVZ m

como

P

RTV o

m

Fator de compressibilidade: Z


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Quandop 0, logo

todos os gasesZ

1(gases ideais).

Z = 1Presses elevadas todos os gases possuem Z >Foras repulsivas dominantes.

Presses intermedirias todos os gases possuemZ < 1. Foras atrativas dominantes.

T = 0 C


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Coeficientes do virial (variao de temperatura)

Z

Coeficientes B e C que variam em funo datemperatura , soconhecidos comocoeficientes do vir ial .

O terceiro coeficiente (C) usualmente menos importante que o seg

(B), pois em geral tem-se:C/Vm2


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dz/dp = 0 para gases ideais j quez = 1 e cte a qualquer presso.

Mas para um gs real:Z = 1 +Bp + Cp 2 + ...

Ento:

dz/dp= B + 2 pC + ...

Para comparar com gs ideal: p 0,ento 2 pC 0, logo:

dz/dp= B

Valor de B????

Segundo coeficiente virial B(cm3/mol)


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Segundo coeficiente virial, B(cm3/mol)Gs 273 K 600 K

Ar -21,7 11,9

CO2 -149,7 -12,4N2 -10,5 21,7

Xe -153,7 -19,6

Como muitas propriedades de um gs dependem das derivadas, as

propriedades dos gases reais nem sempre iro coincidir com as do gs

ideal nas presses baixas.

d l


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Temperatura de Boyle

Para a temperatura de Boyle,o gs tem um comportamento

ideal num intervalo maior

Deve haver uma temperatura e

que B 0. Logo:Z = 1 + B / Vm + C/Vm2

Z = 1 + 0 + 0

Z = 1


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Exemplos de temperaturas de Boyle

Gs

Ar CO2

He N2

TB/ K

346,8

714,8

22,6327,2

TB/ oC

73,6

441,6

-25054

C d


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Condensao

A presso, quando o lquido e o vapor esto presentes em equil brio, chamada de

PRESSO DE VAPOR DO LQUIDOna temperatura da experincia

I sotermas do CO 2

ABC:aumento de P a T = cte

E m C : deslocamento do pisto sem aumento de P

aparecimento de uma gota de lquido

equilbrio lquido/gs

Sistema A comprimido por um pisto

CDE:

quantidade de lquido aumenta

Tc, no se difereos estados fsicos:L/G.


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Equao de van der Waals


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p = nRTV - nb

a- nV

2

H. van der Waals props esta equao de estado aproximada, que vl para todos os gases, porm menos precisa.

Os valores dea e b so asconstantes de van de Waals. Elas caractersticas decada gs e independentes da temperatura.

Equao de van der Waals

Em um gs real as foras repulsivas so levadas em considerao


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Em um gs real as foras repulsivas so levadas em considerao.

O efeito repulsivo, ou seja, as foras que excluem volume, mudan

na equao do gs perfeito paraV nb, onde b a constante de

proporcionalidade entre a reduo do volume e os moles de molcula

presentes no recipiente.

Se a presso for baixa, o volume do gs ser alto entonb ser

ignorado.

O efeito das interaes atrativas pode influenciar na presso de maneira a


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O efeito das interaes atrativas pode influenciar na presso de maneira areduzi-la. Devem ser considerados, choques que atingem as parede drecipiente e reduo das foras de coliso.


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Oscilaes soimpossveispois P V


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Construes de Maxwell

Caractersticas da equao de van der Waals


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Caractersticas da equao de van der Waals

1. Nas temperaturas elevadas e nos volumes molares grandes,as isotermas de van der Waals coincidem com as isotermasdo gs perfeito.2. Os lquidos e os gases coexistem quando os efeitos de coesoe os de disperso esto equilibrados.

3. As coordenadas crticas esto relacionadas com as

constantes de van der Waals.

Vc = 3b Pc =a

27b 28a

27RbTc =

p c VcRT c

Zc =38

=


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Exerccios1.2 (a) - pg. 26 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

Explique como o fato de compressibilidade varia com a pressocom a temperatura. Descreva como, atravs do fator dcompressibilidade, podemos ter informaes sobre as interaintermoleculares nos gases reais.


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1.5 (a) - pg. 26 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

Seria possvel que uma amostra de 131 g de xennio gasoso, numde volume igual a 1,0 L, exercesse uma presso de 20 atm, a 25 Cseu comportamento fosse de um gs perfeito? Que presso terxennio se ele fosse um gs de van der Vaals?

Dados: a = 4,317 dm6 atm mol2 e b = 5,16 102 dm3mol1M.M. (Xe) = 131,0 gmol-1


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1.8 (a) - pg. 26 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

Um pneu de automvel foi cheio at a presso de 24 lb in-2 (1 atm = 14,7

lb in-2) num dia em que a temperatura era de -5 C. Qual ser a pre

no pneu num dia em que a temperatura estiver em 35 C, na hipte

no haver fuga de ar ou de o volume ser constante?


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1.10 (a) - pg. 26 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

Numa experincia para determinar um valor exato da constante dos

perfeitos, R, um estudante aqueceu um vaso de 20,0 L, cheio

0,25132 g de hlio gasoso, a 500 C, e mediu a presso num manm

de gua, a 25 C, encontrando 206,402 cm de gua. A densidade da

a 25 C, 0,99707 gcm-3. Calcule o valor de R a partir desses dados.


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1.13 (a) - pg. 27 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

A densidade do ar, a 740 Torr e 27 C, 1,146 gL-1. Calcule a frao

molar e a presso parcial do nitrognio e do oxignio admitindo (a)

ar constitudo exclusivamente por estes dois gases e (b) que

contem, tambm, 1,0 % molar de Ar.

Dados: 740 Torr = 1,006 atmR = 8,205 x 10-2 L atm K -1 mol-1

Considere v = 1 L


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1.26 (b) - pg. 28 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

Um certo gs segue a equao de van der Waals com a = 0,76 m6 Pa

mol-2, a 288 K e 4,0 x 10-6 Pa. Com estas informaes, calcule

constanteb de van der Waals. Qual o fator de compressibilidade do

nessas condies de temperatura e presso?

Dados:

Z = (p Vm)/(RT)

R = 8,31447 Pa m3 K -1 mol-1


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1.19 (1.16) (a) - pg. 28 Atkins Cap. 1, 7 Ed.

Num processo industrial, o nitrognio aquecido a 500 K num vas

volume constante igual a 1,0 m3. O gs entra no vaso a 300 K e 10

atm. A massa do gs 92,4 kg. Use a equao de van der Waals

determinar a presso aproximada do gs na temperatura de opera

500 K. Para o nitrognio, a = 1,708 L2 atm mol-2 e b = 3,19 x 10-2 L

mol-1.

Dados:

Z = (p Vm)/(RT)

R = 0,08206 dm3 atm K -1 mol-1

V = cte


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V cte

n = (92,4 x 103 g)/28,02 gmol-1= 3,3 x 103 mol

(3,3 x 103 mol) x (0,0821 L atm K -1 mol-1) x (500 K)

(1000 L) (3,3 x 103 mol) x (0,0391 L mol-1 )

(1,408 L2 atm mol-2) x (3,3 x 103 mol)2

(1000 L)2

155,53 atm 15,33 atm = 140,2 atm

1 22 b Atkins pg 23 8 ed


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1.22 b Atkins pg. 23 8 ed.

Um certo gs segue a equao de van der Waals com a = 0,76 m6 Pa

mol-2. O seu volume de 4 x 10-4 m3 mol-1, a 288 K e 4 x 106 Pa.

Com essa informao, calcule a constanteb de van der Waals. Qual o

fator de compressibilidade do gs nessas condies de temperatur

presso?

Z = pVm/RT

R = 8,314 JK -1 mol-1

1.17 b Atkins pg. 23 8 ed


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. b t s pg. 3 8 ed

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