Transcript 12Q_Gases Ideais PhET_AnaMaria_Medeiros

Ana Maria Medeiros – Escola Secundária do Forte da Casa
QUÍMICA 12º
Fevereiro 2012
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
Gás Ideal
A Lei dos Gases Ideais, como o próprio nome indica refere-se a
Gases Ideais, ou seja que respeitem as seguintes condições:
• O gás é constituído por um número muito grande de
moléculas em movimento desordenado descrito pelas leis
de Newton;
• O volume próprio das moléculas é desprezável face ao volume
do recipiente.
• As forças intermoleculares são desprezáveis, excepto nas
colisões mútuas e com as paredes do recipiente.
• As colisões são elásticas e de duração desprezável.
Ana Maria Medeiros
12º Ano Química
2
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
OBJETIVOS:
Explorar a relação entre a pressão, volume e temperatura de
um gás ideal;
Criar gráficos com base em dados compilados de atividades
experimentais baseadas em simuladores;
Elaborar conclusões qualitativas sobre as relações, pressão,
volume e temperatura;
Utilizar simuladores no estudo dos gases ideais.
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
SIMULADORES A UTILIZAR:
http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Gas_Pro
perties
http://www.walter-fendt.de/ph14pt/gaslaw_pt.htm
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
LEI DE CHARLES:
• Bombear um número de moléculas de gás na câmara e ver o que acontece ao
volume ocupado pelo gás quando se altera a temperatura absoluta.
• Procedimento:
o Utilizar o simulador PhET;
o Bombear 20 moléculas leves ;
o Fixar o volume, V1 (em nm na régua), e ler T1 e p;
o Aumentar o volume em proporção ao anterior e fixá-lo;
o Aquecer cuidadosamente até atingir p;
o Ler T2;
o Repetir o procedimento o número de vezes necessário, e em número ímpar,
de modo a obter resultados significativos para se chegar a uma relação V/T
coerente.
Repetir o procedimento utilizando o simulador Walter-fendt
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
LEI DE GAY-LUSSAC:
• Bombear um número de moléculas de gás na câmara e ver o que acontece à pressão
do gás quando se altera a temperatura absoluta.
• Procedimento:
oUtilizar o simulador PhET
o Bombear 100 moléculas leves ;
oFixar o volume, V (em nm na régua,) e ler T1 e p1;
o Aquecer cuidadosamente de modo a aumentar a temperatura em proporção,
à anterior;
o Aguardar um pouco e ler, aleatoriamente, 5 valores de pressão e calcular a
sua média;
o Repetir o procedimento o número de vezes necessário , e em número ímpar,
de modo a obter valores significativos para se chegar a uma relação p/T
coerente.
Repetir o procedimento utilizando o simulador Walter-fendt
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
LEI DE BOYLE-MARIOTTE:
• Bombear um número de moléculas de gás na câmara e ver o que acontece
à pressão do gás quando se altera o volume.
• Procedimento:
oUtilizar o simulador PhET;
oBombear 80 moléculas leves ;
o Fixar a temperatura, T, em 300 K, e seleccionar um volume inicial V1
(na régua em nm);
o Aguardar um pouco e ler, aleatoriamente, 5 valores de pressão e
calcular a sua média, p1;
o Repetir o procedimento o número de vezes necessário , e em número
ímpar, de modo a obter valores significativos para se chegar a
relações p/V e p.V conclusivas.
Repetir o procedimento utilizando o simulador Walter-fendt
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
QUESTÕES A EXPLORAR:
Quais as alterações que se verificam, no estudo
anterior, se as espécies bombeadas na câmara
fossem moléculas pesadas?
Quais as alterações que se verificam, no estudo
anterior, se as espécies bombeadas na câmara
fossem uma mistura de moléculas leves e
pesadas?
Ana Maria Medeiros
BOAS SIMULAÇÕES
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
EXPLORAÇÃO DOS RESULTADOS:
Lei de Charles:
Processo isobárico/ pressão constante / razão V/T = Kp
n
(nº moléculas)
20
Ana Maria Medeiros
p
(atm)
0,25
L
(nm)
V
(nm3)
Temp.
(K)
V/T
(nm3K-1)
3,0
3,0
300
0,010
4,5
6,0
4,5
6,0
450
600
0,010
0,010
7,5
7,5
749
0,010
9,0
9,0
901
0,010
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
10.0
Volume (nm3)
8.0
6.0
V = 0,010 . T + 0,004
R² = 1
4.0
2.0
Temperatura (K)
0.0
0
200
400
600
800
1000
Conclusão:
A pressão constante, o volume varia proporcionalmente com a
temperatura.
V=kp.T
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
Lei de Gay-Lussac:
Processo isocórico/ volume constante / razão p/T = Kv
V
n
(nº moléculas)
(nm )
100
4,0
Ana Maria Medeiros
3
p/T
pm
(atm)
0,52
0,76
0,98
Temp.
(K)
300
450
600
(atm K )
0,0017
0,0017
0,0016
1,20
1,43
750
900
0,0016
0,0016
-1
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
1.60
Pressão média (atm)
1.20
p = 0,0015 . T + 0,074
R² = 0,9998
0.80
0.40
Temperatura (K)
0.00
0
200
400
600
800
1000
Conclusão:
A volume constante, a pressão varia proporcionalmente com a
temperatura.
p=kv.T
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
Lei de Boyle-Mariotte:
Processo isotérmico/ temperatura constante / razão p.V = KT
n
(nº moléculas)
80
Ana Maria Medeiros
T
(K)
300
V
L
(nm)
3,0
4,5
6,0
(nm )
3,0
4,5
6,0
Pressão.
(atm)
0,89
0,58
0,44
7,5
9,0
7,5
9,0
0,35
0,30
3
1/V
-3
(nm )
0,33
0,22
0,17
0,13
0,11
p.V
(atm
p/V
-3
3
(atm nm )
0,30
0,13
0,07
nm )
2,67
2,61
2,64
0,05
0,03
2,63
2,70
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
1.00
Pressão média (atm)
0.80
0.60
0.40
0.20
Volume (nm3)
0.00
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
Conclusão:
A temperatura constante, a pressão varia inversamente ao volume.
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
1.00
Pressão (atm)
0.80
0.60
p = 2,67 . (1/V) - 0,0032
R² = 0,9993
0.40
0.20
1/V (nm-3)
0.00
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
Conclusão:
A temperatura constante, a pressão varia proporcionalmente ao
inverso do volume.
p=kT.(1/V)
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
4.00
Pressão . Volume (atm nm3)
3.50
3.00
2.50
pV = 2,67 .V - 0,0032
R² = 0,9993
2.00
1.50
Volume (nm3)
1.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Conclusão:
A Temperatura constante, o produto pressão x Volume é constante.
p.V=kT
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
Lei dos gases ideais:
Em geral, a equação que relaciona as grandezas termodinâmicas p,T,V denominase equação de estado e pode ser escrita como:
f (p,V,T) = 0
Para os gases reais esta equação é geralmente bastante complexa, no entanto,
para os gases ideais as grandezas, p,T,V, como já vimos, estão relacionadas de
forma bastante mais simples.
Experimentalmente verificou-se que RT = Rp = RV =R. Sendo assim, as leis de BoyleMariotte, de Charles e de Gay-Lussac, podem ser combinadas numa equação,
PV=nRT
denominada equação de estado dos gases ideais.
A constante R denomina-se constante universal dos gases ou constante dos gases
perfeitos, R=8,314 J mol-1 K-1 ou R=0,08206 atm dm3mol-1 K-1
Ana Maria Medeiros
ESTUDO DO ESTADO GASOSO
“É o que nós pensamos que sabemos
que nos impede de aprender”
[Claude Bernard]
Ana Maria Medeiros