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Qumica Geral

Prof. Dr. Mrcio Marques Martins

Unidade 9 Gases e Termodinmica

http://digichem.org

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Gases

1.Propriedades dos gases 1. Presso (p)

2. Temperatura (T)

3. Volume (V)

4. Quantidade de matria (n)

2.Transformaes gasosas 1. Isotrmica (Tcte - Lei de Boyle)

2. Isobrica (pcte Lei de Charles-Gay Lussac) 3. Isovolumtrica (Vcte )

3. Gases Ideais 1. Lei de Avogadro

2. Equao dos gases ideais (Clapeyron)

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Termodinmica

4.Termodinmica 1. Calor (q)

2. Processos exo e endotrmicos

3. Variao de Entalpia (DH) em reaes qumicas

4. DH em mudanas de estado fsico

5. Equaes termoqumicas 1. Equao termoqumica

2. Entalpia das reaes qumicas

3. Entalpia padro de formao (DHf)

4. Entalpia de reao a partir do DHf

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1.Propriedades dos gases

A maioria dos gases so compostos moleculares, (exceto os gases nobres que so atmicos).

Grande compressibilidade e extraordinria capacidade de expanso.

No apresentam um volume fixo, ocupam o volume total do recipiente em que esto confinados.

So miscveis entre si em qualquer proporo.

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1.Propriedades dos gases

As partculas de um gs encontram-se muito afastadas umas das outras e

praticamente no ocorre interao entre

elas, que possuem, assim, um alto grau de

liberdade.

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1.Propriedades dos gases

Em consequncia, as partculas movimentam-se de maneira contnua e

desordenada em todas as direes e

sentidos, chocando-se constante e

uniformemente contra as paredes internas

do recipiente em que o gs est contido.

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1.1.Presso (p)

Quando uma partcula se choca contra as paredes internas do recipiente, ela exerce

uma certa fora por unidade de rea.

A essa relao denominamos presso, que diretamente proporcional ao nmero de

choques por unidade de rea.

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1.2.Temperatura (T)

A presso exercida por um gs contido num frasco fechado proporcional ao

nmero de choques de suas molculas

contra as paredes do recipiente.

Ao aquecermos um gs, suas molculas se movimentaro com maior velocidade, isto

, ocorrer um aumento de sua energia

cintica (Ecin) mdia.

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1.2.Temperatura (T)

Dessa forma, a energia cintica mdia das molculas do gs diretamente

proporcional temperatura absoluta, cuja

unidade dada em Kelvin (K).

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1.2.Temperatura (T)

A escala termomtrica mais comum a Celsius.

Existem outras escalas, como a Kelvin, utilizada no SI e conhecida como escala

absoluta.

A converso da temperatura de Celsius para Kelvin dada pela expresso:

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1.3.Volume(V)

O volume (V) ocupado por um gs corresponde ao volume do recipiente que

o contm.

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1.4.Quantidade de matria (n)

Corresponde ao nmero de mols de um gs contido num recipiente.

Pode ser calculada pela expresso:

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2.Transformaes Gasosas

Ocorre quando uma quantidade constante de gs (n=cte) sofre uma variao em uma

das seguintes propriedades: p, T ou V.

Essa alterao provoca mudanas nas demais propriedades.

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2.Transformaes Gasosas

Historicamente, leis de comportamento dos gases foram estabelecidas

experimentalmente, at se chegar a uma

lei geral.

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2.1.Transformao Isotrmica

Para uma dada massa de gs temperatura constante, o volume ocupado

pelo gs inversamente proporcional

presso exercida. (Boyle 1662)

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2.1.Transformao Isotrmica

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2.1.Transformao Isotrmica

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2.2.Transformao Isobrica

Para uma dada massa de gs presso constante, o volume ocupado pelo gs

diretamente proporcional temperatura

absoluta. (Charles 1787/1802 Gay-Lussac)

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2.2.Transformao Isobrica

Um aumento da temperatura absoluta acarreta um aumento do volume ocupado

pelo gs, de maneira que o quociente seja

constante .

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2.2.Transformao Isobrica

Se a relao entre o volume e a temperatura fosse feita na escala Celsius, o

grfico teria o seguinte aspecto:

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2.2.Transformao Isobrica

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2.3.Transformao Isovolumtrica

Tambm conhecida por isocrica.

Para uma dada massa de gs a volume constante, a presso exercida pelo gs diretamente proporcional temperatura absoluta.

Um aumento da temperatura absoluta acarreta um aumento da presso exercida pelo gs, de maneira que o quociente seja constante .

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2.3.Transformao Isovolumtrica

Joseph Gay-Lussac (1802)

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2.4.Equao geral dos gases

Relacionando as trs transformaes gasosas estudadas at aqui, obtemos uma

a equao geral dos gases:

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Exerccios Resolvidos

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Exerccios Resolvidos

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Exerccios Resolvidos

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3.Gases Ideais

Em condies idnticas de temperatura e presso, o V n (nmero de mols).

Assim, se dobrarmos seu nmero de mols (n), seu volume tambm ir dobrar.

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3.Gases Ideais

Se o nmero de mols de um gs (n) for igual a 1,0 mol, temos o volume molar.

O volume molar foi determinado experimentalmente nas Condies Normais de Temperatura e Presso (1 atm; 273 K) e corresponde a, aproximadamente, 22,4 L.

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3.1.Lei de Avogadro (1811)

Volumes iguais, de quaisquer gases, nas mesmas condies de presso e

temperatura, apresentam a mesma

quantidade de substncia em mol ou

nmero de molculas.

V = k x n

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3.1.Lei de Avogadro (1811)

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3.2.Equao dos gases ideais

Clapeyron

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Exerccios Resolvidos

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Exerccios Propostos

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Exerccios Propostos

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Exerccios Propostos

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Exerccios Propostos

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Exerccios Propostos

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Exerccios Propostos

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4.Termodinmica

A 1 lei da termodinmica diz que um sistema isolado (que no troca energia e nem matria com o exterior) possui energia total constante.

E diz ainda que as duas nicas formas de energia perceptveis em um sistema isolado so o CALOR e o TRABALHO.

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4.1.Calor(q)

CALOR (q) uma forma de energia que pode ser percebida quando um corpo

quente e um corpo frio so postos em

contato.

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4.1.Calor(q) O corpo quente cede energia para o corpo

frio e, aps um tempo, ambos entram em equilbrio trmico (adquirem novas temperaturas).

O calor pode ser usado para fazer uma mquina (motor) funcionar.

O calor pode gerar trabalho (w) e vice-versa.

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4.1.Calor(q) Quando calor trocado a presso

constante, ele recebe um novo nome:

ENTALPIA (H)

do grego: = agregar calor

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4.2.Processos EXO e ENDOTRMICOS Qualquer processo que envolta liberao de

energia na forma de entalpia EXOTRMICO.

ENDOTRMICO qualquer processo que ocorra com absoro de energia na forma de

entalpia.

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4.3.Variao de Entalpia em Reaes Qumicas

No possvel medir diretamente a entalpia (H) de uma reao qumica.

No entanto, possvel medir variaes de entalpia (DH) em um processo qumico.

Se Hprodutos < Hreagentes , DH Hreagentes , DH>0 (endotrmico)

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4.3.Variao de Entalpia em Reaes Qumicas

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4.3.Variao de Entalpia em Reaes Qumicas

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4.4. DH em mudanas de estado fsico

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EXERCCIOS PROPOSTOS

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4.5. Equaes Termoqumicas

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5.1. Equaes Termoqumicas

A entalpia de um elemento ou de uma substncia varia de acordo com o estado fsico, a presso, a temperatura e a variedade alotrpica do elemento. Logo, numa equao termoqumica, devemos indicar:

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5.1. Equaes Termoqumicas

A interpretao dessa equao termoqumica dada por: a 25 C e 1 atm, 1 mol de carbono grafita (Cgraf) reage com 1 mol de gs oxignio (O2), produzindo 1 mol de gs carbnico (CO2) e liberando 394 kJ. Normalmente, no so indicadas a presso e a temperatura em que a reao se realizou, pois se admite que ela ocorreu no estado padro, ou seja, presso constante de 1 atm e a 25 C

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5.1. Equaes Termoqumicas

A interpretao dessa equao : a 25 C e 1 atm, 1 mol de gs amnia (NH3) se decompe, originando 1/2 mol de gs nitrognio (N2) e 3/2 mol de gs hidrognio (H2) e absorvendo 46,1 kJ.

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5.1. Equaes Termoqumicas

A quantidade de energia liberada ou consumida proporcional quantidade das substncias envolvidas. Na queima de 1 mol de C3H8, por exemplo, so

liberados 2046 kJ:

Portanto, se efetuarmos a combusto de 10 mol

de C3H8, ocorrer a liberao de 20460 kJ =

10 2046 kJ.

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EXERCCIOS PROPOSTOS

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5.2.Entalpia das reaes qumicas

Utilizando como referncia o conceito de entalpia no estado padro, podemos determinar o valor da entalpia de um grande nmero de substncias, alm de calcular o valor da variao de entalpia de reao numa infinidade de reaes qumicas. costume atribuir nomes especficos a alguns tipos de reao, tais como: de formao, de combusto, de neutralizao.

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5.3.Entalpia padro de formao

Para estudarmos a entalpia dessas reaes,

convm lembrar que a 25 C e 1 atm:

Algumas equaes termoqumicas de formao:

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5.3.Entalpia padro de formao

Formao do gs carbnico

Tanto o Cgraf como o O2(g) apresentam-se no estado

padro e a entalpia-padro deles H0= 0 kJ

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5.3.Entalpia padro de formao

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5.3.Entalpia padro de formao

Os valores das entalpias de formao normalmente so apresentados em tabelas:

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5.3.Entalpia padro de formao

Esse tipo de tabela muito til, pois permite calcular o Hf de um grande nmero de substncias bem como calcular o HR. Para efetuarmos corretamente esses clculos, devemos lembrar que:

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5.4.Entalpia de reao a partir do DHf

Vamos ver um exemplo de clculo da entalpia reao (DHR) a partir das DHf de todas as espcies, usando uma equao termoqumica. A equao de decomposio do mrmore pode ser representada por: Na tabela, encontramos as entalpias:

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5.4.Entalpia de reao a partir do DHf

No encontramos a DHf do CaCO3.

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EXERCCIO RESOLVIDO

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EXERCCIOS PROPOSTOS

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EXERCCIOS PROPOSTOS