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AULAS DE QUÍMICA
Lei do Gás Ideal
Lei de Boyle
Boyle utilizou-se de um tubo de vidro em forma de J com o lado menor lacrado e então pôs mercúrio no tubo, prendendo ar no lado lacrado. Quanto mais mercúrio adicionava mais o ar era comprimido. Com isto ele concluiu que o volume de uma quantidade fixa de gás diminui quando a pressão do gás aumenta.
Podemos ver um gráfico ilustrativo abaixo:
A curva do gráfico acima é chamada isoterma, termo utilizado para um gráfico que mostra a variação de uma propriedade à temperatura constante.
Gráfico com várias isotermas
Se traçarmos um gráfico Px1/V percebemos que temos uma reta:
Isto implica que a pressão é proporcional ao inverso do volume ou, como se costuma dizer, a pressão é inversamente proporcional ao volume.
P ~ 1/V
Esta relação é conhecida como LEI DE BOYLE.
Podemos transformar a proporção acima em uma igualdade multiplicando um dos membros por uma constante:
P=c.(1/V) ou P.V=constante
De onde tiramos uma importante relação.
Lei de Charles
Charles e Gay-Lussac descobriram, independenteemente, que quando a pressão é mantida constante em um recipiente (um balão por exemplo), o volume do gás aumenta quando a temperatura é elevada. Quando fizeram um gráfico com o volume X temperatura obtiveram uma linha reta.
Logo, concluiram que para uma quantidade fixa de gás sob pressão constante, o volume varia linearmente com a temperatura. Essa relação é chamada Lei de Charles.
Quando dados obtidos de medida semelhantes em diferentes gases e a difereentes pressões são colocados em um gráfico encontra-se que as linha retas podem ser levadas (extrapoladas) a um mesmo ponto. Para a Lei de Charles, este único ponto corresponde a volume zero e -273,15ºC. Como um volume não pode ser negativo, esta temperatura deve ser a mais baixa possível. É o valor que corresponde a 0 nas escalas absolutas, como a Kelvin, por exemplo.
Conseqüentemente, se usarmoss a temperatura na escala Kelvin, então podemoos escrever a lei de Charles como:
Volume ~ Temperatura
O Princípio de Avogadro
Outro importante trabalho chegarmos à Lei do Gás Ideal (a seguir) foi o Princípio de Avogadro: o volume molar de uma substância (Vm) - qualquer substância, não só um gás - é o volume que ela ocupa por mol de moléculas. Ou seja, se V é o volume de uma amostra e n é o número de mols de moléculas que a amostra contém, o volume molar é:
Vm = V/n
Experimentalmente podemos comprovar que sob as mesmas condições de temperatura e pressão, um determinado número de moléculas de gás ocupa o mesmo volume independentemente da sua identidade química.
Podemos também dizer: o volume ocupado por uma amostra de gás à pressão e temperatura constantes é diretamente proporcional ao número de mols de moléculas presente:
V ~ n
Lei do gás ideal
Até agora temos três leis diferentes. Idealmente, devemos eestar aptos para combiná-las em uma única relação matemática entre pressão (P), volume (V), temperatura (T) e número de mols (n) do gás.
Devemos antes considerar os seguintes tópicos:
I) Quando a temperatura e a quantidade do gás são constantes, a lei de Boyle tem a fórmula: PV = c1;
II) Quando a pressão e quantidade são constantes, da lei de Charles: V = c2xT;
III) Do princípio de Avogadro, sob pressão e temperatura constantes: V = c3xn; onde c1,c2 e c3 são constantes.
Podemos, então, combinar essas três relacões e a constante de proporcionalidade ser chamada de R:
PV=nRT
que é conhecida como lei do gás ideal. A constante R é denominada constante dos gases e tem o mesmo valor para todos os gases. Por isso costumamos dizer que ela é uma "constante universal".
A lei do gás ideal é um exemplo de equação de estado, uma expressão que mostra como a pressão de uma substância - neste caso um gás - está relacionada à temperatura, ao volume e à quantidade de substância na amostra. Um gás que obedece a lei do gás ideal sob todas as condições é chamado de gás ideal. Qualquer gás obedece a lei acima em baixas pressões, e a precisão aumenta coma diminuição da pressão.
