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As Leis dos Gases Perfeitos
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As leis dos gases perfeitos podem ser resumidas em cinco princípios fundamentais:
1-Lei de Boyle - Uma certa massa de gás sob temperatura constante ocupa um volume inversamente proporcional à pressão exercida sobre ele.
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Observe o motor da animação e considere que a temperatura de seu funcionamento seja constante. O gás admitido pelo motor possui uma pressão (P) e um volume (V) que é igual ao volume da câmara de combustão do motor. Quando o pistão do motor comprime o gás para um volume igual à metade do volume da câmara de combustão, a pressão exercida pelo gás deve dobrar de valor de acordo com a Lei de Boyle.
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2-Lei de Charles-Gay Lussac: Uma determinada massa de gás sob pressão constante ocupa um volume diretamente proporcional à temperatura absoluta
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Imagine que no motor da animação ao lado, o gás admitido seja lentamente aquecido sob pressão constante. Então, lentamente, o gás vai expandindo e o seu volume aumenta. Assim, se a temperatura final dobra de valor em relação a inicial, seu volume também dobrará de valor de acordo com a Lei de Charles-Gay Lussac.
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3-Equação de Estado: As leis dos Gases Perfeitos e o Princípio de Avogadro podem ser combinadas em uma equação geral que indica como as variáveis, pressão, temperatura, volume e número de moles (n) se relacionam.
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A equação de estado pode ser obtida a partir das funções anteriores, de acordo com:
Combinando as proporções sob condições de variabilidade, tem-se:
Para se ter uma igualdade nesta proporção é necessário acrescentar uma constante, que é chamada constante de proporcionalidade ou também constante universal dos gases perfeitos. |
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Curiosidade - A constante universal dos gases perfeitos pode ser deduzida a partir dos valores conhecidos de volume, pressão e temperatura para um mol de um gás ideal nas CNTP. Nestas condições, 1 mol de um gás perfeito ocupa um volume de 22,414 litros, determinado empiricamente, a temperatura dada em Kelvin vale 273 e a pressão 1 atmosfera. Substituindo-se estes valores na equação de estado tem-se:
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4-Lei das Pressões Parciais de Dalton: A pressão total exercida por uma mistura de diversos gases é igual à soma das pressões parciaisdestes gases e pode ser descrita pela equação: PTOTAL = P1+P2+P3+...+Pn
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Observe a animação ao lado, note que a pressão exercida pela mistura dos gases, cloro e oxigênio, é a soma das pressões exercidas por estes gases sozinhos.
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5-Lei da Difusão de Graham: A velocidade (v) de difusão de um gás, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, é inversamente proporcional à raiz quadrada da sua massa molecular (m). Isto significa que um gás mais leve, isto é, de menor massa molecular, se difunde mais rapidamente do que um gás mais pesado.
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Observe a animação do botijão de cozinha com um vazamento de gás. Este gás normalmente apresenta uma fórmula molecular C4H10 e é denominado butano. Ele não é tóxico para o ser humano, contudo, pode causar asfixia pelo deslocamento do oxigênio do ar, uma vez que o butano é mais denso. Atribuindo ao ar a massa molecular média dos seus principais componentes, nitrogênio (79%) e oxigênio (21%) obtém-se:
Pela Lei de Graham, tem-se que a velocidade de difusão do butano em relação ao ar é dada por:
Isto demonstra que o gás de cozinha apresenta uma velocidade de difusão 1/3 menor que o ar. Assim, o risco de um vazamento de gás de cozinha pode ser detectado com bastante antecedência, uma vez que sua difusão para o ambiente é lenta. Evidentemente, vale lembrar que, apesar da difusão ser lenta, o risco em si dependerá do tamanho do ambiente em que se encontra o vazamento de gás.
As leis dos gases perfeitos foram descobertas pelos químicos do século XVII depois de um intenso trabalho experimental. Contudo, ainda faltava um modelo que pudesse explicar estas leis. Este modelo surgiu com a Teoria Cinética dos Gases.
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