Efusão e difusão dos gases: o que são, características e diferenças
Os processos de difusão e de efusão estão relacionados com a movimentação das moléculas dos gases de uma mistura.
Primeiramente, vamos entender os conceitos de difusão e efusão gasosa. Vamos lá?
O que é difusão gasosa
Os gases possuem a capacidade de se misturar com outros gases, formando uma mistura homogênea. Essa característica dos gases é resultado da movimentação rápida de suas moléculas.
Podemos citar como exemplo a seguinte situação: imagine que você está em um ambiente qualquer e de repente entra uma pessoa com um perfume muito forte. Rapidamente o aroma do perfume se espalha pelo ambiente, misturando-se ao ar da sala e preenchendo todo o espaço.
Esse fenômeno descrito acima representa a difusão gasosa, ou seja, a capacidade dos gases de se misturarem a outro gás espontaneamente, ocupando todo o recipiente ou o ambiente em que se encontra. Dessa maneira, temos a formação de uma mistura homogênea.
Difusão no dia a dia
A difusão está presente em vários processos do nosso dia a dia, como quando estamos em um local fechado, e uma pessoa acende um cigarro. Imediatamente sentimos o odor característico do fumo.
Ou quando trocamos o botijão de gás e ocorre escape do gás. Logo seu odor invade o ambiente. Ou ainda quando usamos velas aromáticas ou incensos. O aroma desses materiais se espalha rapidamente pelo ambiente.
Efusão gasosa
Nas festas infantis é comum o uso de balões de gás para enfeitar o ambiente. Normalmente, a partir do dia seguinte, as bolas de gás já estão murchando, devido ao escape do gás presente dentro do balão de gás.
Esse fenômeno descrito acima representa a efusão gasosa, ou seja, a passagem de um gás através de um pequeno orifício. No caso dos balões de festa, o escape dos gases ocorre no nó que fazemos para evitar que o ar saia de dentro da bexiga.
Em 1828, o químico inglês Thomas Graham estabeleceu uma relação matemática para compreender o processo de difusão dos gases, e enunciou a seguinte lei:
"A velocidade de difusão e de efusão de dois gases, à mesma pressão e temperatura, é inversamente proporcional à raiz quadrada de suas densidades absolutas ou massas molares."
Portanto, temos a seguinte fórmula:
Onde V representa velocidade e d a densidade. Graham também estabeleceu que:
A densidade de um gás em relação a outro gás é a massa molar do gás dividido pelo outro gás.
Explicando as Leis de Graham
De acordo com Graham, os gases apresentam algumas características com relação a sua densidade e a temperatura. De antemão, sabe-se que os gases se encontram sempre em movimento.
Além disso, quanto menor for a densidade de um gás, maior será a velocidade de movimentação de suas moléculas.
E quanto maior for a temperatura a que um gás é submetido, maior será a velocidade com que ele irá se espalhar no ambiente.
Assim, tem-se que a densidade dos gases, quando submetidos às mesmas condições de temperatura e de pressão é proporcional à massa molar.
Dessa maneira, quanto maior a massa molar de um gás, maior será sua densidade.
É comum comparar a densidade de um gás com a densidade do ar atmosférico. O ar atmosférico é uma mistura formada por nitrogênio, oxigênio e argônio, e sua densidade é igual a 1,18 g/L.
Devemos saber que um objeto que tem densidade maior que a água, se desloca para o fundo. E um objeto que tem densidade menor que a água, se desloca para cima.
Podemos citar como exemplo um copo de água contendo um cubo de gelo dentro. O gelo flutua no copo, pois o gelo é menos denso do que a água líquida. A densidade da água é igual a 1 g/cm³, enquanto a densidade do gelo é igual a 0,92 g/cm³.
Exercício de difusão e efusão
Comparando agora 4 balões contendo os seguintes gases H2, H, CO2 e Cl2 nas mesmas condições de temperatura e pressão.
As massas molares desses gases são respectivamente: 2 g/mol; 4 g/mol; 44 g/mol e 71 g/mol, e a massa molar do ar atmosférico é igual a 28,96 g/mol. Podemos perguntar: quais balões irão flutuar?
Irão flutuar os balões com massas molares menores, pois são menos densos, mais leves e, portanto, tendem a subir. Os outros não flutuam, ou seja, caem no chão, pois são gases pesados.
Podemos observar que o gás hélio tem massa molar menor que o ar, assim, a velocidade de difusão e efusão será mais rápida. Sendo assim, podemos concluir que quanto menor a massa molar do gás, mais rápido será sua velocidade de difusão e de efusão pelo ambiente.
Velocidades diferentes de difusão e efusão
Sob condições diferentes de temperatura em momentos diferentes, um mesmo gás apresentará velocidades diferentes de difusão e de efusão. Essas velocidades serão proporcionais à raiz quadrada de suas temperaturas iniciais e finais.
Teremos então a seguinte fórmula:
Nessa fórmula temos que:
V1 = velocidade do gás inicial
V2= velocidade do gás final
T1 = temperatura do gás inicial
T2 = temperatura do gás final
Exemplos de exercícios sobre difusão e efusão gasosa
Agora que você já aprendeu os principais conceitos teóricos sobre efusão e difusão gasosa, vamos testar nossos conhecimentos? Para isso, acompanhe a resolução do exercício a seguir:
1( (UEM-2010)
Balões vendidos em parques e festas sobem porque são preenchidos com gás hélio ou hidrogênio. Após algumas horas, esses balões tendem a murchar, pois o gás escapa pela borracha do balão. A esse respeito assinale as alternativas corretas:
a) Hidrogênio e hélio escapando do balão através de um processo chamado de difusão
b ) Se esse balão fosse preenchido de hélio e hidrogênio, essa mistura de gases seria homogênea
c ) A velocidade de efusão dos gases depende somente do meio pelo qual esses gases saem
d) O gás sulfídrico (H2S) é um gás tóxico, por ser mais denso que o ar, acumula-se junto ao solo quando escapa de seu recipiente. (massa molar = 34 g/mol).
Resolução: as alternativas b e d estão corretas.
Na alternativa a, o correto é dizer que esse processo é a efusão. Já na alternativa c, o correto é dizer que a velocidade de efusão dos gases depende também da densidade e da massa molar.
2) (PUC-SP-2015)
Nas mesmas condições de pressão e temperatura, a velocidade média de uma molécula de H2 quando comparada com a velocidade média do O2 é: Dado: H=1; O=16
Resolução: devemos calcular primeiro as massas molares do hidrogênio e do oxigênio.
MH2 = 2 g/mol
MO2 = 32 g/mol
Lembrando que estamos trabalhando com gases, então:
MH2 = 1 x 2 = 2 g/mol
MO2 = 16 x 2 = 32 g/mol
Agora iremos aplicar esses valores na fórmula da velocidade de difusão e de efusão:
Portanto, temos como resposta correta a letra c.
3) (Ufal-AL-2016)
Dentre os gases abaixo, nas mesmas condições, o que se difunde mais rapidamente é:
Dados: C = 12; O = 16; N =14; H =1
a) o monóxido de carbono
b) a amônia
c) o ozônio
d) o nitrogênio
e) o hidrogênio
Resolução: o gás mais leve se difunde mais rápido. Para isso, devemos calcular as massas molares dos elementos citados:
(C) 12 x 1 = 12
(O) 16 x 1 = 16
Total = 28 g/mol
(N) 14 x 1 = 14
(H) 1 x 3 = 3
Total = 17 g/mol
16 x 3 = 48 g/mol
14 x 2 = 28 g/mol
1 x 2 = 2 g/mol
Portanto, a resposta correta é o Hidrogênio.
Agora, para finalizar sua revisão sobre a efusão e a difusão dos gases, que tal assistir uma videoaula?
Por fim, resolva os exercícios abaixo:
1) (MACKY-SP-2016)
Difusão é a propriedade de duas ou mais substâncias formarem, espontaneamente, entre si, uma mistura homogênea. Essa propriedade ocorre, quando:
a) o odor de um perfume contido em um frasco aberto se espalha num ambiente
b) o óleo diesel é derramado acidentalmente em uma lagoa.
c) um prego exposto ao ar enferruja.
d) a areia carregada pelo vento forma uma duna.
e) gases hidrogênio e oxigênio reagem, formando água.
2) (UEL-PR-2014)
De acordo com a lei da efusão dos gases de Graham, considere um recipiente contendo igual quantidade, em mols, das seguintes substâncias no estado gasoso e nas mesmas condições de pressão e temperatura:
H2S (cheiro de ovo podre)
(CH3)2O (cheiro de éter)
SO2 (cheiro do gás produzido ao riscar um palito de fósforo)
Ao abrir pequeno orifício no recipiente, os gases devem ser sentidos na seguinte sequência:
a) H2S, SO2 e (CH3)2O
b) H2S, (CH3)2O e SO2
c) SO2, H2S e (CH3)2O
d) SO2, (CH3)2O e H2S
e) (CH3)2O, SO2 e H2S
3) (UFRGS-2018)
Um balão de borracha, desses usados em aniversários, cheio de ar, murcha após algum tempo. O fenômeno pode-se explicar pela:
a) Lei de Avogadro, que se refere à reatividade interna dos componentes.
b) Efusão do gás contido no balão para o meio externo.
c) Lei de Graham, que diz ser a velocidade de difusão diretamente proporcional à massa molar do gás.
d) Alta densidade do gás usado para encher o balão.
e) Pressão interna do gás que enruga o balão.
4) (UFBA-2016)
Numa sala fechada, foram abertos ao mesmo tempo três frascos com, respectivamente, gás amônia (17 g/mol), de odor característico forte e irritante, dióxido de enxofre (64 g/mol), de odor sufocante, e sulfeto de hidrogênio (34 g/mol), com cheiro de ovo podre. Uma pessoa na sala, a igual distância dos três frascos, sente os cheiros na seguinte ordem:
a) sulfeto de hidrogênio, amônia e dióxido de enxofre.
b) amônia, sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre.
c) sulfeto de hidrogênio, dióxido de enxofre e amônia.
d) dióxido de enxofre, amônia e sulfeto de hidrogênio.
e) amônia, dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio.
5) (PUC-SP-2017)
Um balão de borracha contendo uma mistura de gás nitrogênio e um gás desconhecido sofre um esvaziamento após determinado tempo. Ao verificar experimentalmente a concentração de gases no balão após o esvaziamento, nota-se que a concentração do gás desconhecido diminui mais que a do gás nitrogênio. De acordo com a lei de Graham, o gás desconhecido e o processo de saída desse gás do balão são, respectivamente,