04/03/2012

1

Lei da Combinao de Volumes

Quando dois gases esto envolvidos numareao, h uma relao simples entre seusvolumes, medidos mesma temperatura epresso. Para ach-la, considere dois gases, 1 e2, ambos mesma T e P. Aplicando a Lei dosGases Ideais:

PV1 = n1RT PV2 = n2RTV2/ V1 = n2/ n1

Assim, sendo, temos:1molN2(g) + 3molsH2(g) 2molsNH3(g)1volumeN2(g) + 3volumesH2(g) 2volumesNH3(g)Exerccio:Que volume de H2 a 22oC e 719mmHg necessrio

para formar 12,0L de NH3, medido na mesmatemperatura e presso?

Resoluo:Dos coeficientes da equao temos:3L de H2 2L de NH3xL de H2 12L de NH3X = 18L

Mistura de Gases: Lei de Dalton

Lei de Dalton: A presso total exercida poruma mistura gasosa a soma das pressesparciais de seus componentes.

Para uma mistura de dois gases A e B,

Ptotal = PA + PBonde PA e PB so as presses parciais de A e B,

respectivamente, i.e. a presso que seriaexercida por cada um deles se estivessemsozinhos no recipiente mesma T e P.

Exerccios

1) Uma estudante prepara uma amostra de gs hidrognio por eletrlise degua a 25oC. Ela coleta 152mL de H2 a uma presso total de 758mmH.Sabendo que a presso de vapor da gua a essa temperatura de23,76mmHg, calcule:

a) PH2 b) n de mols de H2 coletado.

Resoluo:

a) Ptotal = PH2 + Pvapor dguaPH2= Ptotal - Pvapor dguaPH2= 758mmHg 23,76mmHg = 734mmHg

b) n = PV/RTn = (734/760atm).(0,152L)/(0,0821 L.atm/mol.K).(298K)n = 0,00600mol

Presso Parcial e Frao Molar

Como j vimos:

PA = nA.RT/V e Ptotal = ntotal.RT/V

Dividindo-se a 1 expresso pela 2, temos:

PA/ Ptotal = nA/ntotal

nA/ntotal a frao molar de A na mistura. a fraodo n total de mols correspondente ao gs A. Usa-se X para simbolizar a frao molar.

PA = XA. Ptotal

04/03/2012

2

3. Suponha que 2,65L de um gs ideal a 25oC e 1,00atmsejam simutaneamente aquecidos e comprimidos at que atemperatura final seja 75oC e a presso final 2,00atm. Qual ovolume final para esse gs?

Resoluo:

P1V1/T1 = P2V2/T2Isolando V2, temos:

V2 = P1V1T2/P2T1V2 = (1,00atm)(2,65L)(348K)/(2,00atm)(298K)V2 = 1,55L

P T V

Inicial 1,00atm 25+273 = 298K 2,65L

Final 2,00atm 75+273 = 348K ?

Exerccio

Calcule a frao molar do H2 e H2O na mistura gasosa do exerccio anterior.

XH2 = PH2/PtotalXH2 = 734mmHg/758mmHg = 0,969

XH2O = PH2O/PtotalXH2O = 23,76mmHg/758mmHg = 0,0313

ou XH2O = 1 - 0,969 = 0,031

Teoria Cintica dos Gases

Postulados:

1. Os gases consistem em partculas (molculasou tomos) em movimento contnuo ealeatrio. As partculas sofrem colisesfrequentes entre si e com as paredes dorecipiente. A presso exercida por um gs devida s foras associadas com os choquesnas paredes;

Teoria Cintica dos Gases

Postulados:

2. As colises entre as partculas de gs soelsticas. Quando duas partculas colidem, suasenergias individuais podem mudar. Tipicamente,uma acelera e a outra desacelera. A energiatotal se conserva. Nenhuma energia cintica convertida em calor (a temperatura de um gsisolado do meio ambiente no varia);

Teoria Cintica dos Gases

Postulados:

3. A energia mdia de translao de uma partculade gs diretamente proporcional temperatura.A uma dada temperatura, a energia mdia amesma para todos os gases. A energia de translaode uma partcula dada por:

Et = mu2/2

onde Et a energia cintica mdia de translao, m a massa da partcula e u a velocidade mdia detranslao.

Difuso de gases: Lei de Graham

Difuso o termo dado passagem de umasubstncia atravs de outra.

Lei da Difuso de Graham: A velocidade dedifuso de um gs atravs de outro inversamente proporcional raiz quadrada dadensidade do gs e raiz quadrada de suamassa molar.

V 1/d1/2 V 1/M1/2

04/03/2012

3

Efuso de gases: Lei de Graham

Efuso = escoamento de partculas atravs deuma pequena abertura ou orifcio em umrecipiente.

Lei de Graham:

V de efuso de A/ V de efuso de B = (MMB/ MMA)1/2

Os tempos para efuso de gases esto em proporo inversa velocidade:

tB/tA= V de efuso de A/ V de efuso de B = (MMB/ MMA)1/2

Efuso de gases

Exerccio

Em uma experincia de efuso, so necessrios 45s

para um certo nmero de mols de um gsdesconhecido, X, passar por um orifcio para ovcuo. Sob as mesmas condies, so necessrios28s para o mesmo nmero de mols de Ar sofrer

efuso. Determine a massa molar do gs X.

tAr/tx = 28/45 =(MMAr/MMX)1/2

MMX = 39,9g/mol/(28/45)2

MMX =100g/mol

Curiosidade

A Lei de Graham foi aplicada na 2 Guerra Mundial paraenriquecimento de Urnio. Era necessria a separao deU23592, que fissionvel, do istopo mais abundante dournio, U23892. Como os 2 istopos possuem propriedadesqumicas quase idnticas, a separao qumica no era vivel.O processo foi estudado, ento, utilizando-se UF6, que umgs a temperatura ambiente. Experimentos preliminaresindicaram que o 23592UF6 podia ser separado do 23892UF6 porefuso. Uma fbrica enorme em Oak Ridge, EUA, foiconstruda. Neste processo o UF6 sofre efuso milhares devezes atravs de uma membrana porosa. As fraes mais levesseguem para o prximo estgio, enquanto as mais pesadasso recicladas aos estgios iniciais.

Experimento de Joule-ThomsonDescreve a variao de temperatura de um gs ou

lquido quando ele forado a passar atravs de umavlvula ou tampo poroso, enquanto mantido isolado, demodo que nenhum calor seja trocado com o meioambiente (processo adiabtico).

Gases que sofrem expanso a um temperatura acimada sua temperatura de inverso resfriam.

Por que ocorre o resfriamento?Para expandirem-se, as partculas do gs precisam

vencer as foras atrativas, portanto, precisam de energiapara realizar trabalho. Como a energia vem do prpriogs, a energia cintica mdia das partculas diminui e ogs resfria.

Exceto He e H2, os quais possuemtemperatura de inverso bem abaixo datemperatura ambiente, todos os demais gasespossuem temperatura de inverso acima datemperatura ambiente e, portanto, sofremresfriamento quando expandem (veja a vlvulade uma bala de Nitrognio, um extintor deincndios de CO2 ou o funcionamento de umrefrigerador ou condicionador de ar).

04/03/2012

4

Gases Reais

Gases reais: no seguem o comportamentodo gs ideal, principalmente em presses muitoaltas e/ou temperaturas muito baixas.

O xido nitroso pode ser obtido pela decomposio trmica espontnea apenas emtemperaturas acima de 2500C do nitrato de amnio fundido, segundo a equao qumica aseguir, que um exemplo de reao de combustao interna, ou seja, reao de auto-oxirreduo transferncia de eltrons entre os elementos de um mesmo composto qumico:

NH4NO3(l) N2O(g) + 2H2O(g)A decomposio violenta do nitrato de amnio em temperaturas acima de 250OC j provocouinmeros acidentes por causa do desprendimento sbito de gases aquecidos, sendonecessrios cuidados especiais no transporte e no armazenamento dessa susbstncia.Quando so abertas as vlvulas de tanques que contm N2O sob presso, observa-se que ogs expelido encontra-se em temperatura to abaixo da ambiente que capaz de causarferimentos na pela.

Acerca do assunto tratado no texto acima, julgue os itens a seguir.

1. Com base nas informaes contidas no texto, conclui-se corretamente que a sntese doN2O a partir do NH4NO3 possui cintica de primeira ordem e que a equao de velocidadepara essa reao expressa por v=k[NH4NO3];

2. A decomposio do nitrato de amnio no se processa em temperatura ambiente porque,abaixo de 2500C, a energia de ativao dessa reao no atingida;

3. De acordo com a Segunda Lei Da Termodinmica, positiva a variao de entropia dadecomposio trmica do xido nitroso em oxignio e nitrognio, sob temperatura epresso constantes;

4. Sabendo que o N2O lquido possui ponto de ebulio igual a -88,5OC a 1atm e que, nessas

condies de temperatura e presso, sua entalpia de vaporizao (DH vap) igual a+376,14kj/mol, correto afirmar que, mantendo-se a presso externa igual a 1atm, se atemperatura do lquido for inferior a -88,5OC, a entalpia de vaporizao do N2O serinferior a +376,14kJ/mol;

5. De acordo com o pr inc pio de Le Chatelier, havendo reduo de temperatura, o valor da

constante de equilbrio Kp da decomposio do xido nitroso diminui;

6. O resfriamento do N2O ao se expandr ir atravs da vlvula de tanques contendo esse gs sob

presso considerando que esse processo ocorre sob condies adiabticas decorrncia do

efeito Joule-Thomson;

7. Sabendo que, em unidades hospitalares, comum a utilizao de uma mistura equimolar gasosa

de oxignio e xido nitroso como anestsico de inalao, e cons iderando que esses gases se

comportem idealmente, ento, se, temperatura ambiente, um certo volume fixo dessa mistura

apresentar presso total igual a 0,01atm, a presso parcial do oxignio nesse volume ser, de

acordo com a Lei de Dalton das presses Parciais, de 0,005atm, e a do xido nitroso, de

0,005atm.