Atmosfera: Temperatura, Pressão e Densidade em função da altitude
Quantidade em Química Volume Molar e Densidade de um gás
Relação pressão-nº de moléculas de um gás Relação pressão-volume de um gás
Relação pressão-temperatura de um gás Relação volume-temperatura de um gás
Relação volume-nº de partículas de um gás Aplicações
Mole de uma substância: número de Avogadro de partículas
A pressão que a atmosfera exerce sobre a superfície terrestre ou sobre uma nave que sobrevoe a Terra a uma dada altitude relaciona-se com a densidade dos gases da atmosfera, que está relacionada com o número de partículas dos gases aí existentes.
O número de partículas existente numa pequena porção de matéria é muito grande e, para o exprimir, utilizamos o número de Avogadro (NA), em homenagem ao físico italiano Amadeo Avogadro, que o determinou experimentalmente pela primeira vez.
O seu valor é, aproximadamente, 6,022 x 1023 mol-1, o que significa que uma mole de qualquer substância ou material possui um número de partículas igual a 6,022 x 1023.
A mole, símbolo mol, é a unidade da grandeza quantidade de substância, a qual se representa pelo símbolo n.
O número de átomos de hidrogénio existentes em 1 mol de hidrogénio atómico (H) é 6,022 x 1023 átomos.
O número de moléculas de hidrogénio existentes em 1 mol de hidrogénio molecular (H2) é 6,022 x 1023 moléculas.
O número de iões existentes em 1 mol de cloreto de sódio (NaCl) é 6,022 x 1023 iões Na+ e 6,022 x 1023 iões Cl-.
O número de partículas numa amostra qualquer obtém-se multiplicando a .quantidade química dessas partículas pelo número de Avogadro, isto é, n x NA.
Chama-se massa molar à massa de 1 mol de determinada substância e representa-se pelo símbolo M e exprime-se usualmente em g mol-1.
A massa molar é expressa pelo mesmo número que a massa atómica relativa (Ar) ou massa molecular relativa (Mr), dando ideia de quantas vezes a massa de uma substância ou elemento é maior que a massa do hidrogénio atómico, ou 1/12 da massa do átomo de carbono 12.
A massa de uma amostra de substância pode ser relacionada com a sua massa molar e a sua quantidade química, tal que m = n x M.
A pressão (p) define-se como a intensidade da força (F) exercida por cada unidade de superfície (S), o que se traduz por . A unidade SI de força é o newton (N) e a unidade SI de área é o metro quadrado (m2) logo, a unidade SI de pressão é o newton por metro quadrado (N m-2) a que chamamos pascal (Pa).
Existe outra unidade de pressão muito utilizada, a atmosfera (atm), em que a relação entre esta unidade e a unidade SI é 1 atm = 1,0 x 105 Pa, sendo equivalente à pressão atmosférica normal.
Convencionou-se que as condições normais de pressão e temperatura de um gás, condições PTN, são p = 1 atm e T = 273 K.
As propriedades do estado gasoso podem ser condensadas em:
os gases são formados por unidades estruturais muito pequenas relativamente ao volume total que ocupam, existindo muito espaço vazio, porque as ligações entre as partículas de um gás são muito frágeis, praticamente inexistentes.
quando se comprime um gás, as suas unidades estruturais aproximam-se, diminuindo assim o volume por ele ocupado.
a pressão que um gás exerce sobre a superfície do recipiente que o contém ou sobre os corpos nele mergulhados, resulta das colisões das moléculas do gás contra essas superfícies.
O volume ocupado por uma mole de uma dada substância depende do estado físico em que se encontra.
Entende-se por volume molar, , o volume de uma mole de uma dada substância no estado gasoso, devendo especificar as condições de pressão e temperatura em que esta está.
O volume molar de uma substância no estado gasoso, em condições PTN, é de 22,4 dm3, isto é, .
A densidade de uma substância, ou material, também designada de massa volúmica, é a relação entre a massa da amostra dessa substância, ou material, e o volume por ela ocupado. Assume, naturalmente, valores diferentes consoante a temperatura e o estado físico da amostra em questão. Para os gases é sempre necessário especificar as condições de pressão e temperatura em que se encontram.
A densidade é uma grandeza física escalar e pode ser expressa através da relação , em que é a massa da amostra e o volume por ela ocupado.
A unidade SI é o kg m-3, mas vem vulgarmente expressa em g cm-3, ou também em kg dm-3 e g dm-3.
Relação entre a densidade de um gás e a sua massa molar
A relação entre estas duas grandezas pode ser compreendida através da análise da seguinte demonstração:
Em suma, a densidade de um gás é a relação entre a sua massa molar e o volume ocupado por uma mole desse gás, isto é, o volume molar.
Em condições PTN, .
À medida que aumenta a altitude, os gases atmosféricos tornam-se menos densos, pois estão mais rarefeitos, e, consequentemente, o número de partículas por unidade de volume diminui.
À medida que aumenta a altitude, a densidade da atmosfera diminui.
Calcula a densidade do oxigénio molecular, nas condições PTN, em g cm-3, g dm-3 e kg m-3.
(Dados: Ar (O) = 16,00 ; Vm = 22,4 dm3 mol-1 , em condições PTN)
Relação entre a pressão de um gás e o número de moléculas, a temperatura e volume constantes
Quanto maior for o número de partículas, maior será o número de colisões e, consequentemente, maior será a pressão.
Para um mesmo volume, a temperatura constante, a pressão é directamente proporcional ao número de moléculas, isto é,
Existe então uma relação de proporcionalidade directa entre a pressão de um gás, a temperatura e volume constantes, e o número de partículas.
Relação entre a pressão de um gás e o volume, a temperatura constante
Quanto menor for o volume ocupado pelo gás, maior será o número de colisões por cada unidade de superfície e, consequentemente, maior será a pressão.
Existe uma relação de proporcionalidade inversa entre a pressão de um gás e o volume por ele ocupado, a temperatura constante.
Relação entre a pressão de um gás e a temperatura, a volume constante
2ª Lei de Charles e Gay-Lussac
Quanto maior for a temperatura, maior será a energia cinética média das partículas do gás, e consequentemente maior a velocidade dessas mesmas partículas, e, portanto, maior será o número de colisões e o seu grau de intensidade, isto é, maior será a pressão do gás.
Para uma mesma quantidade de gás, ocupando um dado volume, a pressão e a temperatura são grandezas directamente proporcionais.
Relação entre o volume de um gás e a temperatura, a pressão constante
1ª Lei de Charles e Gay-Lussac
Para uma mesma quantidade de gás, a pressão constante, o volume ocupado pelo gás é directamente proporcional à temperatura.
Quanto maior for a temperatura, maior o volume ocupado pelo gás, mantendo constante a pressão.
Relação entre o volume de um gás e o número de partículas, a pressão e temperatura constantes
Para uma mesma quantidade de gás encerrado num recipiente, a uma dada pressão e temperatura, aumentando a quantidade de gás nesse recipiente, sem alteração da temperatura, aumentará o número de colisões, pois passará a existir menor espaço disponível para cada partícula.
Para garantir que a pressão se mantenha constante, o volume do recipiente onde o gás está colocado deverá aumentar.
Nas mesmas condições de pressão e temperatura, o volume ocupado por um gás é directamente proporcional à sua quantidade química, isto é, o número de moles.
Amadeo Avogadro afirmou que: "Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de partículas."
Como , se , então, .
Aplicações dos conceitos anteriores
Num recipiente fechado com a capacidade de 500 mL foram encerradas 34,08 g de amoníaco, NH3.
Calcula a quantidade de amoníaco presente no recipiente.
Explica qual o nº de átomos de azoto e de hidrogénio que se encontram na referida quantidade de amoníaco.
Mostra qual a quantidade de amoníaco tem de se retirar para que a pressão se mantenha, se esta amostra de amoníaco for transferida para um outro recipiente com metade da capacidade do anterior, mantendo a temperatura constante.
Considera uma amostra com 11,00 g de dióxido de carbono, CO2, encerrada num recipiente fechado, em condições PTN.
Calcula a quantidade de dióxido de carbono contido no recipiente.
Determina o volume ocupado por este gás nas condições referidas.
Explica qual é a densidade deste gás nas condições referidas.
Supõe que esta mesma quantidade de dióxido de carbono é encerrada num outro recipiente com 10 dm3 de capacidade, e que a temperatura se mantém constante.
Indica o que acontece à pressão que o gás agora exerce sobre as paredes do recipiente.
Determina, nas novas condições, a densidade do dióxido de carbono.
Pretende-se preparar 250 mL de uma solução aquosa 0,40 mol dm-3 em sulfato de sódio.
Calcula a massa de soluto presente na solução.
Determina a concentração molar e a concentração mássica desta solução.
Indica a equação que traduz a dissociação deste sal na água.
Explica qual é a concentração molar em iões sódio e em iões sulfato na solução de sulfato de sódio.
Mostra que volume de água desionizada se deve adicionar à solução inicial para se obter uma solução 0,10 mol dm-3 em sulfato de sódio.
Misturaram-se 250 g de água com 250 g de acetona.
Dados: r água = 1,0 g cm-3 e r acetona = 0,79 g cm-3
Explica que volumes de água e acetona se misturaram.
Calcula a percentagem %(V/V) de cada uma destas substâncias na mistura resultante.
Determina o volume de etanol num recipiente de 0,75 dm3 a 95%(V/V).
Explica qual é a fracção molar de hidróxido de sódio numa solução a 25%(m/m).
Mendonça, Lucinda Santos; Dantas, Mª da Conceição; Ramalho, Marta Duarte; Jogo de Partículas; Química; Ciências Físico-Químicas; 10º ano; Texto Editora; Unidade 2; págs. 149 a 167
Mendonça, Lucinda Santos; Dantas, Mª da Conceição; Ramalho, Marta Duarte; Jogo de Partículas; Química; Ciências Físico-Químicas; 10º ano; Texto Editora; Material Fotocopiável