Um gás é um estado da matéria sem forma ou volume definido. Gases têm seu próprio comportamento exclusivo, dependendo de uma variedade de variáveis, como temperatura, pressão e volume. Embora cada gás seja diferente, todos os gases atuam de maneira semelhante. Este guia de estudo destaca os conceitos e leis que lidam com a química dos gases.
A pressão é uma medida de a quantidade de força por unidade de área. A pressão de um gás é a quantidade de força que o gás exerce sobre uma superfície dentro de seu volume. Gases com alta pressão exercem mais força que o gás com baixa pressão.
o SI unidade de pressão é o pascal (símbolo Pa). O pascal é igual à força de 1 newton por metro quadrado. Esta unidade não é muito útil ao lidar com gases em condições do mundo real, mas é um padrão que pode ser medido e reproduzido. Muitas outras unidades de pressão se desenvolveram ao longo do tempo, lidando principalmente com o gás com o qual estamos mais familiarizados: ar. O problema com o ar, a pressão não é constante. A pressão do ar depende da altitude acima do nível do mar e de muitos outros fatores. Muitas unidades de pressão foram originalmente baseadas em uma pressão média do ar ao nível do mar, mas foram padronizadas.
A temperatura é uma propriedade da matéria relacionada à quantidade de energia das partículas componentes.
Várias escalas de temperatura foram desenvolvidas para medir essa quantidade de energia, mas a escala padrão do SI é a Escala de temperatura Kelvin. Duas outras escalas de temperatura comuns são as escalas Fahrenheit (° F) e Celsius (° C).
o Escala Kelvin é uma escala de temperatura absoluta e usada em quase todos os cálculos de gás. É importante ao trabalhar com problemas de gás converter as leituras de temperatura para Kelvin.
Fórmulas de conversão entre escalas de temperatura:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP significa temperatura padrão e pressão. Refere-se às condições em 1 atmosfera de pressão a 273 K (0 ° C). STP é comumente usado em cálculos envolvidos com a densidade de gases ou em outros casos envolvendo condições de estado padrão.
Na STP, uma toupeira de um gás ideal ocupará um volume de 22,4 L.
A lei de Dalton afirma que a pressão total de uma mistura de gases é igual à soma de todas as pressões individuais dos gases componentes isoladamente.
Ptotal = PGás 1 + PGás 2 + PGás 3 + ...
A pressão individual do gás componente é conhecida como a pressão parcial do gás. A pressão parcial é calculada pela fórmula
PEu = XEuPtotal
Onde
PEu = pressão parcial do gás individual
Ptotal = pressão total
XEu = fração molar do gás individual
A fração molar, XEu, é calculado dividindo o número de mols do gás individual pelo número total de moles do gás misto.
Lei de Avogadro afirma que o volume de um gás é diretamente proporcional ao o número de toupeiras de gás quando a pressão e a temperatura permanecem constantes. Basicamente: o gás tem volume. Adicione mais gás, o gás ocupa mais volume se a pressão e a temperatura não mudarem.
V = kn
Onde
V = volume k = constante n = número de moles
A lei de Avogadro também pode ser expressa como
VEu/ nEu = Vf/ nf
Onde
VEu e Vf são volumes iniciais e finais
nEu e nf são o número inicial e final de moles
Lei do gás de Boyle afirma que o volume de um gás é inversamente proporcional à pressão quando a temperatura é mantida constante.
P = k / V
Onde
P = pressão
k = constante
V = volume
A lei de Boyle também pode ser expressa como
PEuVEu = PfVf
onde PEu e Pf são as pressões inicial e final VEu e Vf são as pressões inicial e final
À medida que o volume aumenta, a pressão diminui ou à medida que o volume diminui, a pressão aumenta.
A lei do gás de Charles declara que o volume de um gás é proporcional à sua temperatura absoluta quando a pressão é mantida constante.
V = kT
Onde
V = volume
k = constante
T = temperatura absoluta
A lei de Charles também pode ser expressa como
VEu/ TEu = Vf/ TEu
onde VEu e Vf são os volumes inicial e final
TEu e Tf são as temperaturas absolutas inicial e final
Se a pressão for mantida constante e a temperatura aumentar, o volume do gás aumentará. À medida que o gás esfria, o volume diminui.
CaraLei do gás de -Lussac declara que a pressão de um gás é proporcional à sua temperatura absoluta quando o volume é mantido constante.
P = kT
Onde
P = pressão
k = constante
T = temperatura absoluta
A lei de Guy-Lussac também pode ser expressa como
PEu/ TEu = Pf/ TEu
onde PEu e Pf são as pressões inicial e final
TEu e Tf são as temperaturas absolutas inicial e final
Se a temperatura aumentar, a pressão do gás aumentará se o volume for mantido constante. À medida que o gás esfria, a pressão diminui.
A lei do gás ideal, também conhecida como a lei combinada dos gases, é uma combinação de todos os variáveis nas leis anteriores dos gases. o lei do gás ideal é expresso pela fórmula
PV = nRT
Onde
P = pressão
V = volume
n = número de mols de gás
R = constante de gás ideal
T = temperatura absoluta
O valor de R depende das unidades de pressão, volume e temperatura.
R = 0,0821 litro · atm / mol · K (P = atm, V = L e T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (Pressão x Volume é energia, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = metros cúbicos e T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K ou L · mmHg / mol · K (P = torr ou mmHg, V = L e T = K)
A lei do gás ideal funciona bem para gases em condições normais. As condições desfavoráveis incluem altas pressões e temperaturas muito baixas.
A lei dos gases ideais é uma boa aproximação para o comportamento de gases reais. Os valores previstos pela lei do gás ideal estão tipicamente dentro de 5% dos valores medidos no mundo real. A lei do gás ideal falha quando a pressão do gás é muito alta ou a temperatura é muito baixa. A equação de van der Waals contém duas modificações na lei dos gases ideais e é usada para prever mais de perto o comportamento dos gases reais.
A equação de van der Waals é
(P + um2/ V2) (V - nb) = nRT
Onde
P = pressão
V = volume
a = constante de correção da pressão exclusiva do gás
b = constante de correção de volume exclusiva do gás
n = número de mols de gás
T = temperatura absoluta
A equação de van der Waals inclui uma correção de pressão e volume para levar em consideração as interações entre moléculas. Ao contrário dos gases ideais, as partículas individuais de um gás real têm interações entre si e volume definido. Como cada gás é diferente, cada gás tem suas próprias correções ou valores para a e b na equação de van der Waals.