Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2ª Série Mistura de gases

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Ensino Médio, 2ª SérieMistura de gases

Experimento: Bolhas de SabãoMateriais• detergente;• água;• canudo ou arco para fazer as bolhas;• glicerina (vendida em farmácias).

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino MédioMisturas Gasosas

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Experimento: Bolhas de SabãoProcedimento:• misture bem a água com o detergente e a glicerina;• num local com pouca ventilação, faça a maior bolha de sabão

que puder.

A bolha formada contém gás carbônico (CO2), cuja massa molar é 44 g/mol.

Como a massa molar aparente do ar atmosférico é de 28,96 g/mol, a bolha desce ao invés de subir.


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Misturas GasosasNos cilindros de ar que os mergulhadores carregam, o gás oxigênio (O2) é misturado com gás hélio (He).

O ar atmosférico é uma mistura dos gases nitrogênio, N2 (78%), oxigênio, O2 (21%), e outros gases (1%), com predominância do argônio, Ar.

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Uma Mistura Gasosa

Gás A Gás B Gás C

submetidos a uma pressão,

pA pB

nC

ocupando um volume,

VA VBVC

contendo um número de mols(quantidade de matéria),

nAnB

numa temperatura,

TA TB TC

Após serem misturados, num recipiente de volume V

... e atingirem o equilíbrio térmico numa temperatura T,

pCOs cilindros Contendo...

Gás AGás BGás C

possuem pressão final Pt, dada porPt = pA + pB + pC

com quantidade de matériant = nA + nB + nC,

V

T


Fique Atento!• Como os gases ideais não reagem entre si, a mistura irá se

comportar como um gás único e obedecerá às mesmas leis que os gases isolados;

• para uma mistura gasosa do tipoA + B + C;

• poderemos aplicar a equação dos gases ideais:Pt.V = nt.R.T


Fração Molar de um Gás A (xA)• é a relação entre a quantidade de matéria de um gás

A (nA), por exemplo, e a quantidade de matéria total da mistura gasosa (nt):

FIQUE ATENTO!!• a soma das frações molares numa mistura deve ser

sempre igual a 1: xA + xB + xC = 1

• atualmente, utilizamos o termo fração em quantidade de matéria em vez de fração molar.


Pressão Parcial• é a pressão que um gás exerceria se estivesse sozinho,

ocupando o volume total da mistura e na mesma temperatura em que essa mistura se encontra;

• lei das pressões parciais de Dalton: “a pressão total de uma mistura é a soma das pressões parciais dos gases”:

Pt = pA + pB + pC

• enunciando a Lei de Dalton de outra forma, podemos afirmar que “a pressão parcial de cada componente de uma mistura gasosa é proporcional à quantidade de matéria desse componente na mistura”:

pA = xA.Pt


• após a mistura dos gases e utilizando a equação dos gases ideais, temos

para um gás A: pA.V = nA.R.Tpara a mistura: Pt.V = nt.R.T

• dividindo as equações (Gás A/Mistura), temos:

Lei de Dalton, matematicamente

obtemos

A pressão parcial do gás A é proporcional à quantidade de matéria.

multiplicando meios pelos

extremos


John Dalton começou a ensinar aos 12 anos numa escola da seita Quaker;

em 1773, começou a lecionar Ciências em Manchester, num colégio presbiteriano;

estudando as condições climáticas, coletou cerca de 200 mil observações do tempo ao longo de sua vida;

concluiu que o magnetismo da Terra influenciava a formação das auroras boreais;

em 1794, Dalton descreveu cientificamente sua dificuldade para distinguir as cores – hoje chamada de daltonismo em sua homenagem;

elaborou a lei das pressões parciais estudando a atmosfera;

foi o primeiro a expressar claramente a chamada Lei das proporções definidas;

elaborou a Teoria Atômica em 1804; recebeu o título de Doutor em 1832; foi professor particular e de escolas por toda sua

vida.

Nasceu em Eaglesfield (1766) e faleceu em Manchester (1844).


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Pressões Parciais no MergulhoAs pressões parciais dos gases oxigênio e nitrogênio devem ser controladas durante o mergulho.O sangue apresenta os gases oxigênio e nitrogênio dissolvidos, provenientes da respiração, principalmente.Uma pressão parcial do nitrogênio elevada provoca sintomas semelhantes a uma embriaguez, fazendo o mergulhador perder a noção da realidade.Uma pressão parcial do oxigênio acima de 1,6 atm acelera o metabolismo a níveis perigosos. Por isso, utiliza-se uma mistura de oxigênio com gás hélio nos cilindros.

Para saber mais sobre os efeitos da pressão durante o mergulho: http://www.biofisica.xpg.com.br/Capitulo%201/efeitos%20da%20pressao%20durante%20o%20mergulho.htm acesso em 02/07/2012.


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http://www.biofisica.xpg.com.br/Capitulo%201/efeitos%20da%20pressao%20durante%20o%20mergulho.htm

http://www.biofisica.xpg.com.br/Capitulo%201/efeitos%20da%20pressao%20durante%20o%20mergulho.htm

Pressões Parciais e a calibragem dos Pneus

Calibrar os pneus é importante para a segurança do automóvel e deve ser feito no horário da manhã! Lembremos que o ar inserido nos pneus também é uma mistura gasosa.

Supondo que os pneus do automóvel da figura sejam calibrados com uma pressão de 3,0 atm, em Recife (cuja pressão atmosférica é 1,0 atm) e que o ar seja formado por 79% de nitrogênio (N2) e 21% de oxigênio (O2), as pressões parciais dos gases serão:

Gás nitrogênio (A): 79% . 3,0 atm = 2,19 atmGás oxigênio (B): 21% . 3,0 atm = 0,63 atm

Observe que, somando-se as pressões parciais dos gases, obtemos a pressão total no interior dos pneus:

2,19 atm + 0,63 atm = 3,0 atm

Confirmando-se, assim, a Lei de Dalton das pressões parciais:

Pt = pA + pB


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Seleção Brasileira e as Pressões Parciais

Quando a Seleção Brasileira vai jogar em La Paz (Bolívia), cerca de 3.700 m acima do nível do mar, os jogadores sentem muito o efeito da altitude.

Quanto maior a altitude, menor será a pressão atmosférica.

Ao nível do mar (como em Recife), a pressão parcial do gás oxigênio dissolvido no sangue é de 0,20 atm. Em La Paz, essa pressão parcial cai para 0,12 atm.

O corpo demora um tempo para se adaptar a essa nova pressão.

Estádio de futebol em La Paz, Bolívia


Imagem : Henrry104 1/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Volume Parcial• numa mistura gasosa, volume parcial de um gás é o volume

ocupado por ele estando sozinho e submetido à pressão total e à temperatura da mistura;

• lei de Amagat: O volume total de uma mistura gasosa é a soma dos volumes parciais de todos os gases componentes da mistura.

V = VA + VB + VC

Obs.:Emile Hilaire Amagat (1841 – 1915) , um físico francês:inventou o manômetro hidráulico, que foi capaz de suportar até 3.200

atmosferas;em 1880 ele publicou sua Lei de Volumes Parciais;foi eleito membro da Academia Francesa de Ciências em 09 de junho de

1902;Amagat é o nome da unidade de densidade numérica em sua

homenagem.


Poluição do Ar• a Região Metropolitana do Recife atingiu a marca de

1 milhão de veículos em setembro de 2011. No início do mês, a frota de Pernambuco já tinha chegado a 2 milhões. Atualmente, o Estado tem emplacado entre 1.000 e 1.300 veículos por dia;

• uma das principais preocupações dos ambientalistas é a quantidade de gases poluentes emitida diariamente para a atmosfera;

• como o volume de ar na atmosfera é muito grande, costumam-se expressar as quantidades dos poluentes em ppm (partes por milhão) e ppb (partes por bilhão).

Concentrações de monóxido de carbono (CO) acima de 400 ppm no ar (400 partes de CO em 1 milhão de partes de ar, em L, por exemplo) são potencialmente mortais.Isso significa que, num ambiente de 1.000L, 400 mL de CO serão suficientes para causar a morte.

FONTE: Adaptado de http://jconlineblogs.ne10.uol.com.br/deolhonotransito/2011/09/20/frota-da-regiao-metropolitana-do-recife-chega-a-1-milhao-de-veiculos/ acesso em 05/07/2012.


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http://jconlineblogs.ne10.uol.com.br/deolhonotransito/2011/09/20/frota-da-regiao-metropolitana-do-recife-chega-a-1-milhao-de-veiculos/

Massa Molar Aparente de uma Mistura Gasosa• Sabemos que a massa total de uma mistura gasosa (mt) é igual à soma das

massas de cada gás: mt = mA + mB + mC;

• e a quantidade de matéria total na mistura (nt) é a soma das quantidades de matéria de cada gás: nt = nA + nB + nC ;

• sendo

• para uma mistura, temos

Map = Massa aparente da mistura (em g/mol)

temos que

para um único gás

alternando as variáveis


Fique Atento!• Podemos calcular a massa molar aparente (Map.) da mistura

como a média ponderada das massas molares dos gases que compõem a mistura;

• os “pesos” serão as frações molares dos gases (ou seus percentuais em volume);

• ou ainda:


Qual a massa molar aparente do ar atmosférico?

Como vimos anteriormente, o ar atmosférico é composto por uma mistura de 78% de gás nitrogênio (N2), 21% de gás oxigênio (O2) e 1% de gás argônio (Ar);

temos, então:• M(N2) = 28 g/mol

• M(O2) = 32 g/mol• M(Ar) = 40 g/mol


Os antigos dirigíveis eram inflados com gás hidrogênio (H2), um gás muito inflamável. Atualmente usa-se o gás hélio (He). O princípio básico para fazer um dirigível voar é baseado no fato de o hidrogênio, 2g/mol (ou hélio, 4g/mol), ser mais leve que o ar.

Última torre do Zeppelin do mundo, localizada em Recife.

Os balões sobem porque a densidade do ar quente em seu interior é menor que a do ar atmosférico.


Imagem : (A) NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC)/Public Domain; (B) Lsouza7 / Public Domain; (C) Björn Appel/GNU Free Documentation License; (D)Jdlong0624/ Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported.

Densidade gasosa• é a relação entre a massa molar aparente (Map.) e o volume molar

(Vm) da mistura gasosa:

• para condições diferentes das CNTP, deveremos utilizar a equação de Clapeyron:

A unidade da densidade (d) é g/L.

A unidade do volume molar é L/mol.

Volume de 1 mol da mistura medido nas CNTP.

CNTP são as condições normais de temperatura e pressão (0°C e 1 atm).

Para um único gás:

Benoit Paul Émile Clapeyron (1799 — 1864) foi um engenheiro e físico francês.


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Densidade da Mistura Gasosa• Para uma mistura gasosa, devemos escrever:

que poderá ser reescrito como alternando-se as variáveis

que é a densidade (d)

ficando, então

isolando d, obtemos:


Densidade Relativa• Considerando condições idênticas de temperatura e

pressão, podemos dizer que a densidade relativa do gás A em relação ao gás B é o quociente entre as densidades absolutas de A e de B:

obtemos

Mas...

Quanto maior a massa molar, maior será a

densidade.


Fique Ligado!• A densidade relativa (DA,B) não possui unidade;

• a densidade relativa indica quantas vezes um gás é mais (ou menos) denso que outro gás;

• as densidades dos gases são proporcionais às suas massas molares;

• assim, reforçando: quanto maior a massa molar, mais denso será o gás.


Efusão e DifusãoSentimos o cheiro de um perfume porque algumas moléculas passam para o estado gasoso, difundindo-se pelo ar.

É a difusão do gás!

Embora o balão esteja bem amarrado, o gás acaba escapando pelos minúsculos orifícios existentes na borracha.

É a efusão do gás!

Por que os balões de aniversário ficam murchos no dia seguinte?


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Difusão Gasosa• Os gases se movimentam continuamente e com altas

velocidades;• assim, os gases se misturam rapidamente, originando

SEMPRE uma mistura homogênea;• difusão gasosa é o movimento espontâneo da

dispersão de um gás sobre outro numa mistura gasosa;

• em outras palavras, é a mistura espontânea dos gases entre si.


Fique Ligado!• Efusão gasosa ocorre quando um gás escapa através de um

orifício;• percebemos a efusão gasosa quando balões de aniversário

murcham no dia seguinte;• Lei de Graham das efusões gasosas:

• como velocidade de efusão de um gás e sua massa molar são inversamente proporcionais, concluímos que quanto maior for a massa molar, mais devagar o gás deverá escapar, demorando a difundir-se.

A velocidade de efusão é dada em L/min geralmente!


Thomas Graham• nasceu em Glasgow (Escócia), em 1805, e

faleceu em Londres (Inglaterra), em 1869;• estudou nas universidades de Edimburgo

(Escócia) e de Glasgow. Ensinou Química em Glasgow e no University College London;

• desde 1855 até sua morte, foi diretor da Real Fábrica de Moeda;

• descobriu o método da diálise para separar os coloides das soluções.

A hemodiálise é uma diálise que ocorre no sangue, utilizando-se uma membrana semipermeável artificial (filtro) no tratamento de pacientes com deficiências renais.


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Aplicação no vestibular 1 (UFSE) Dentre os gases abaixo, nas mesmas condições, o que

se difunde mais rapidamente é:a) o monóxido de carbono.b) a amônia.c) o ozônio.d) o nitrogênio.e) o hidrogênio.• Dados: H = 1; C = 12; = 14; O = 16

Pela Lei de Graham, o gás que mais rapidamente irá se difundir será o que possuir menor massa molar!


Cálculo das massas molares: Monóxido de carbono (CO):

M(CO) = 1 .12 + 1. 16 = 28 g/mol Amônia (NH3):

M(NH3) = 1 . 14 + 3 . 1 = 17 g/mol Ozônio (O3):

M(O3) = 3 . 16 = 48 g/mol Nitrogênio (N2):

M(N2) = 2 . 14 = 28 g/mol Hidrogênio (H2):

M(H2) = 2 . 1 = 2 g/molComo o gás hidrogênio possui a menor massa molar, concluímos que este irá se difundir mais rapidamente.

A alternativa correta é LETRA E!


Aplicação no vestibular 2 (Covest) O ar é uma solução gasosa contendo 20%,

aproximadamente, de oxigênio. Em um recipiente com 5 atmosferas de ar, qual a pressão parcial do oxigênio?

a) 0,2b) 0,8c) 1d) 2e) 5

De acordo com a Lei de Dalton, temos:

20% representa a fração molar do gás oxigênio: x = 20% = 0,20

5 atm é a pressão da mistura (pressão total): Pt = 5 atm

a pressão parcial do oxigênio será: p = 0,20 . 5 = 1 atm


CuriosidadeSeria possível alguém se amarrar em balões cheios com hélio e voar?

O sacerdote brasileiro Adelir de Carli era conhecido por voar amarrado a balões de gás hélio e planejava bater o recorde de permanência no ar, mas saiu de sua rota por causa de condições climáticas adversas e acabou desaparecendo, sendo encontrado morto após mais de 2 meses de buscas.

Leia mais em

http://pt.wikipedia.org/wiki/Adelir_Ant%C3%B4nio_de_Carli, acesso em 05/07/2012.

http://www.iparaiba.com.br/noticias,123764,1,buscas+por+padre+que+sumiu+com+baloes+sao+encerradas.html, acesso em 03/07/2012.


http://pt.wikipedia.org/wiki/Adelir_Ant%C3%B4nio_de_Carli

http://pt.wikipedia.org/wiki/Adelir_Ant%C3%B4nio_de_Carli

http://www.iparaiba.com.br/noticias,123764,1,buscas+por+padre+que+sumiu+com+baloes+sao+encerradas.html






Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

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2A Autor desconhecido / Disponibilizado por

Xanthine Complex/Domínio Públicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:DrinkingStraws.jpg

24/08/2012

2B Martin Meise / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stirring_in_a_glass_of_Water.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

2C Kristian Ovaska / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:FairyBottles.jpg

24/08/2012

3 Andreas Hendrik / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seifenblasen.jpg

24/08/2012

4A Peter Southwood / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Charging_a_spare_air_cylinder_PB048172.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

4B Omniii / GNU Free Documentation License. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Skyshot.jpg 24/08/201210 Charles Turner / United States Public Domainhttp://commons.wikimedia.org/wiki/

File:John_Dalton_by_Charles_Turner.jpg24/08/2012

11 Ackbahr / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Typical_diver.jpg

24/08/2012

12 A.Viazemsky / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kwik-Fit_3.jpg

24/08/2012

13 Henrry104 1/ Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EstadioBolivia.jpg

24/08/2012

Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

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15 EPA / U.S. Environmental Protection

Agency /Public Domain https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diesel-smoke.jpg

29/10/2012

19A NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC) / Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

19B Lsouza7 / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Torre_do_Zeppelin_-_Jiquia_-_Recife.JPG?uselang=pt-br

24/08/2012

19C Björn Appel / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ballon-flame02.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

19D Jdlong0624 / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ballon_Glow.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

20 AAAAA / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benoit_Clapeyron.png

24/08/2012

24A shakko / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guerlain_-_Le_parfum_de_Champs-Elysees_(1904)_Tortue.jpg

24/08/2012

24B Esther Simin / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Baloon.jpg

24/08/2012

27 Autor desconhecido / Disponibilizado por Stanmar/Domínio Público

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thomas_Graham.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

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