ESTUDO DOS GASES

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INTRODUÇÃO

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O estado gasoso tem grande importância teórica e prática. Na prática, os gases são importantes na vida dos vegetais e dos animais (afinal, respiramos), assim como em indústrias e transportes.
O gás natural é um ótimo combustível e mais “limpo” que o carvão ou o petróleo.
O gás oxigênio, além de seu uso hospitalar, é usado na siderurgia, nos maçaricos de cortar e soldar metais etc.
Do ponto de vista teórico, podemos dizer que o entendimento do papel dos gases foi muito importante para a compreensão das reações químicas.

​O conhecimento dos gases e de suas propriedades é de grande importância na Química, uma vez que os gases estão sempre presentes em nosso dia-a-dia. De fato, o ar que respiramos é indispensável à nossa vida, como também à vida de todos os animais e vegetais (vivemos imersos na atmosfera terrestre). Vários elementos químicos importantes estão presentes em substâncias gasosas, em condições ambientes: H2, N2, O2, F2, Cl2 e os gases nobres. Muitos compostos químicos importantes também são gasosos: CO2, CO, NO, NO2, N2O, NH3, SO2, H2S, HCl, CH4 etc.

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O ESTADO GASOSO

Já falamos do estado gasoso, comparando-o com o estado sólido e com o líquido. No entanto, é sempre importante relembrar que:
• os gases têm massa, como mostramos na figura abaixo;
• os gases sempre tendem a ocupar todo o volume do recipiente que os contém (grande expansibilidade);
• os gases são muito menos densos do que os sólidos e os líquidos (isto é, em igualdade de massa, ocupam um volume muito maior);
• os gases sempre se misturam entre si (grande difusibilidade);
• os volumes dos gases variam muito com a pressão (grande compressibilidade) e com a temperatura (grande dilatabilidade).
Quando estudamos um gás, devemos considerar as seguintes grandezas fundamentais: a massa, o volume, a pressão e a temperatura. As influências da pressão e da temperatura são tão grandes que realmente só tem sentido mencionarmos o volume de um gás fornecendo também sua pressão e sua temperatura.

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O VOLUME DOS GASES

De maneira simplificada podemos dizer que o volume de um gás coincide com o próprio volume do recipiente que o contém. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade padrão de volume é o metro cúbico (m3), definido como o volume de um cubo cuja aresta tem 1 m de comprimento. No estudo dos gases, os volumes são também medidos em litros (L), em mililitros (mL), em centímetros cúbicos (cm3) etc. É bom relembrar que:

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A PRESSÃO DOS GASES

• uma faca afiada corta melhor do que uma faca “cega”, pois, afiando-se a faca diminui-se a área de atuação da força, resultando num aumento da pressão sobre o objeto a ser cortado; • deitar no chão faz doer as costas, pois o nosso corpo fica apoiado sobre alguns poucos pontos; sobre um colchão macio, porém, o peso de nosso corpo se distribui por uma área maior, conseguindo-se assim uma pressão menor;
• um faquir não se fere na cama de pregos, pois seu peso se distribui pelas pontas dos pregos, diminuindo a pressão sobre as suas costas.
No SI, a unidade de pressão é o pascal (Pa), definido como a pressão exercida por uma força de 1 N (1 newton) uniformemente distribuída sobre uma superfície plana de 1 m2 de área, sendo essa superfície perpendicular à direção da força. Em outras palavras, 1 Pa é igual a 1 N/m2 (lembre-se de que 1 N é a força necessária para que 1 kg de massa seja acelerado à razão de 1 m/s2).
A pressão dos gases é também medida em milímetros de mercúrio, unidade que resulta de uma experiência clássica de Torricelli: quando um tubo completamente cheio de mercúrio é emborcado num recipiente que também contenha mercúrio, a altura h em que o mercúrio “estaciona” depende exclusivamente da pressão do ar atmosférico. Esse aparelho, denominado barômetro de mercúrio, serve para medir a pressão atmosférica. Se a experiência de Torricelli for feita ao nível do mar, a altura h será 76 cmHg (centímetros de mercúrio), ou 760 mmHg (milímetros de mercúrio), ou 760 torr (torricelli), ou, ainda, 1 atm (atmosfera).

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A TEMPERATURA DOS GASES

A temperatura é uma grandeza que mede o grau de agitação das partículas (átomos ou moléculas) que constituem um corpo. Para um gás, a temperatura depende da velocidade (grau de agitação) das moléculas que o constituem. A temperatura dos gases pode ser medida com o auxílio de várias escalas termométricas diferentes. No Brasil, a escala usual é a escala Celsius (°C), que é uma escala centesimal (ou centígrada); nos Estados Unidos da América, por exemplo, é usada a escala Fahrenheit (°F). Em trabalhos científicos, todavia, usa-se a escala absoluta ou Kelvin (K), pois ela traz grandes simplificações nas leis e fórmulas em geral — e é adotada pelo SI. A figura abaixo compara a escala Kelvin com a escala Celsius.

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AS LEIS FÍSICAS DOS GASES

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Lei de Boyle-Mariotte
Se você apanhar uma bomba de encher pneu de bicicleta, puxar o êmbolo totalmente para fora, fechar a saída de ar com um dedo e empurrar o êmbolo, notará que é possível deslocá-lo um pouco para dentro — quanto maior for a força que você conseguir exercer, maior será esse deslocamento. Pois bem, os cientistas Boyle e Mariotte fizeram, cada um a seu tempo, uma experiência semelhante que veio a resultar na lei que leva seus nomes: eles provocaram a variação da pressão de uma determinada massa de gás, mas tendo o cuidado de mantê-lo a temperatura constante. É o que se chama de transformação isotérmica (do grego: iso, igual; thermo, calor). No cilindro ilustrado abaixo, notamos que, aumentando a pressão sobre o gás, o volume deste diminui, dando resultados como os que são mostrados na tabela a seguir.