O Comportamento Físico dos Gases: Misturas Gasosas e Densidade dos Gases

 Misturas Gasosas

  - Pressão parcial

   Pressão parcial de um componente de mistura gasosa é a pressão que ele possuiria se estivesse sozinho, no mesmo volume e à mesma temperatura em que se encontra a mistura.

  Em que Pa.V= na.R.T representa o gás isolado, e P.V=nt.R.T a mistura gasosa.

  O quociente na/nt é chamado, de fração em quantidade de matéria ou fração em mol, e não possui unidade.

O Comportamento Físico dos Gases: Lei do Gás Ideal

 Lei do Gás Ideal

Onde:

P = pressão

V = volume em litro (L)

n = número de mol (mol)

R= constante universal dos gases

T= temperatura em Kelvin (K)

O valor de R, depende do conjunto de unidades utilizadas.

O Comportamento Físico dos Gases: Volume Molar dos Gases

 Volume Molar dos Gases

  O volume molar refere-se ao volume ocupado por 1 mol de uma determinada substância.

  👉 CNTP, TPN ou CN são siglas utilizadas para designar as condições normais de temperatura e pressão, 0°C (273 K) e 1 atm (760 mmHg) 

 Um mol de um gás nas CNTP, ocupa um volume de 22,4 L, independente do gás.

  A outras temperaturas e pressão, o volume molar dos gases assumem outros valores, mas continuam sendo o mesmo para todos os gases.

 Volumes iguais de dois gases quaisquer, nas mesmas condições de pressão e temperatura contém igual número de moléculas.

O Comportamento Físico dos Gases: Transformações Gasosas

Transformações envolvendo massa fixa de gás

   As transformações envolvendo massa fixa de um gás, são: isotérmica, isocórica e isobárica. 

Transformações Isotérmicas

   Mantendo-se a temperatura constante, a pressão e o volume de uma amostra de gás variam de modo inversamente proporcional, fato conhecido como Lei de Boyle.

O Comportamento Físico Dos Gases: O Estado Gasoso

O Estado Gasoso

   Todas as substâncias quando passam do estado líquido para o estado gasoso aumentam o volume, isso porque no estado gasoso a atração entre as moléculas é muito pequena, assim as moléculas encontram-se mais afastadas uma das outras.

   Todas as sustâncias que em condições ambientais, apresenta-se no estado gasoso, é formada por ligações moleculares, portanto é uma molécula.

Exercícios resolvidos/lista de exercícios: Calor sensível e sistema termicamente isolado

Exercícios Resolvidos

1. Para o aquecimento de 500 g de água, de 20°C a 100°C, utilizou-se uma fonte térmica de potência 200 cal/s. Sendo o calor específico da água igual a 1,0 cal/g°c, quanto tempo demorou esse aquecimento, se o rendimento foi de 100%?

Resolução:

Calor Sensível

   Quando um corpo recebe ou cede energia térmica, ele por consequência, muda sua temperatura ou muda seu estado físico.

   A mudança na temperatura está associado a agitação das moléculas, calor sensível.

   A mudança no estado físico, corresponde a agregação das partículas, calor latente.

Extinção dos Seres Vivos: O Homem Contra A Natureza

   A vida na Terra é dinâmica e interdependente. Todos as espécies da Terra formam ema cadeia biológica complexa, surpreendente e interligada. Os humanos, como parte dessa cadeia, dependem de outros organismos vivos para obter alimento, remédios, oxigênio que respiramos e os elementos que compõem nosso corpo.

   Muitos estudiosos chegam a conclusão que essa cadeia está sob ataque. Alguns acreditam que 50% das espécies de plantas e animais podem desaparecer da Terra nos próximos 75 anos. Estudiosos calculam que, em média, uma espécie desapareça a cada 10 a 20 minutos.

  No passado, a extinção de espécies era desencadeada principalmente por causa naturais. As extinções modernas são causadas pela ação do homem.

 Como os atividades humanas vem causando o aceleramento da extinção das espécies?

Exercícios Resolvidos/Lista de Exercício: Propagação do calor

1. Analise as proposições e assinale a verdadeira.

 a) Calor e energia térmica são a mesma coisa, podendo sempre ser usado tanto um termo como o, outro, indiferente.
 b) Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando possuem quantidades iguais de energia térmica.
 c) O calor sempre flui da região de menor temperatura para a de maior temperatura.
 d) Calor é energia térmica em trânsito, fluindo espontaneamente da região de maior para a de menor temperatura.
 e) Um corpo somente tem temperatura maior que a de um outro quando ele tiver maior quantidade de energia térmica.

Resolução:

Trocas de Calor na Atmosfera e Seres Vivos

    A convecção é uma forma de transferência de calor (veja mais aqui), ocorre quando há formação de um líquido ou ar ao ser aquecido fica menos denso, tendendo a subir, e o de mais densidade descer.

   Na atmosfera esse fenômeno ocorre devido a radiação solar que atinge a superfície, o ar assim é aquecido e se expande  e eleva-se até encontrar um ar de igual temperatura.

A Garrafa Térmica

   Também conhecida como vaso de Dewar, a garrafa térmica é um dispositivo que tem a finalidade de manter constante, por um maior período de tempo possível, a temperatura de seu conteúdo.
   A garrafa térmica não permite a transmissão de calor por nenhum dos três processos (condução, convecção e radiação), isolando assim o líquido colocado em seu interior.

Transmissão de Calor

 Processos de Propagação do Calor

  A energia térmica pode ocorrer de três maneiras diferentes:

         - Condução

         - Convecção

         - Radiação

   Condução

   Condução, é o processo de propagação de calor no qual a energia térmica passa de partícula para partícula do meio.

   Colocando no fogo uma extremidade de um objeto metálico comprido, a temperatura da outra extremidade logo fica alta. Isto se deve ao fato de o calor ser transmitido através das moléculas que compõem o metal. Da mesma maneira ocorre ao introduzir uma pequena colher em uma xícara de café ou chá quente, a colher logo fica inteiramente quente.

   Na condução,as partículas permanecem vibrando em torno de suas posições de equilíbrio. Não ocorre o deslocamento de partículas.

   A condução não ocorre no vácuo.

Termologia: Calorimetria

Energia Térmica e Calor

   A energia térmica, está associada a somatória das energias de agitação das partículas.

   A energia depende de dois fatores:

         - a agitação térmica (temperatura)

         - número de partículas do corpo.

   Assim um corpo A ter maior temperatura que um corpo B não significa necessariamente que esse corpo A tem maior energia térmica, vai depender também do número de partículas. 

   Calor é a energia térmica transferida de um corpo para o outro em consequência da diferença de temperatura entre eles. 

   O calor flui da região de maior temperatura para a de menor temperatura.

   O calor é uma forma de energia, e sua unidade SI é o joule (J). A unidade usual é a caloria (cal).

   Uma caloria é a  energia necessária para variar em 1°C a temperatura de 1g de água, sob pressão normal.

   A relação entre as unidades joule (J) e caloria (cal) é:

1cal = 4,186J

 Outra unidade encontrada é a quilocaloria (múltiplo da caloria)

1Kcal=10³cal

Alotropia

   Quando um único elemento químico forma duas ou mais substâncias simples diferentes, chamamos de alotropia.


 

   O diamante é formado unicamente de átomos de carbono, que se unem posicionando-se nos vértices e no centro de um tetraedro. A grafite assim como o diamante também é formada unicamente de átomos de carbono, só que suas ligações formam camadas paralelas de hexágonos. 

Fenômeno Químico e Fenômeno Físico

 
   Fenômeno é qualquer acontecimento da natureza. Quando ocorre um fenômeno, uma transformação, há alteração no sistema que está sendo estudado.

   Os fenômenos podem ser:

- Físicos: quando uma substância é submetida a um fenômeno físico, suas características químicas não se alteram, pois suas moléculas permanecem intactas.

   Os fenômenos ou transformações físicas são reversíveis.

→Exemplos: O amassar o papel, a queda de uma pedra, quebra de um vidro, qualquer mudança de estado físico (quando a água líquida passa para o estado gasoso, sua constituição não se altera).

Exercícios Resolvidos: Mudança de estado físico, Densidade, Sustâncias Químicas e Separação de Misturas.

Exercícios Resolvidos

Mudanças de Estado Físico

1.  (F. M. Pouso Alegre-MG) Observe os seguintes fatos:

 I -   Uma pedra de naftalina deixada no armário

 II -  Uma vasilha com água deixada no freezer

 III -  Uma vasilha com água deixada no fogo

 IV -  O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido

Nesses fatos são estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:

a) I. Sublimação; II. Solidificação; III. Vaporização; IV. Fusão  

b) I. sublimação; II. Solidificação; III. Fusão; IV. Vaporização

c) I. Fusão; II. Sublimação; III. Vaporização; IV. Solidificação

d) I. Vaporização; II. Solidificação; III. Fusão; IV. Sublimação

e) I. Vaporização; II. Sublimação; III. Fusão; IV. Solidificação 

Obtendo Substâncias Puras a partir de Misturas

    Há vários métodos de purificação de  misturas, a escolha de um método depende:

- do tipo de mistura a ser separada;
- das condições materiais e econômicas; e
- do tempo gasto na separação.

   A separação das substâncias ocorre graças ás diferenças em suas propriedades físicas.

Decantação

   Quando uma mistura apresenta duas ou mais fases, onde a mais densa tende a depositar no fundo, parte inferior, a menos densa na parte superior. Pode - se fazer a separação dessa substâncias por meio da decantação.

   Usada na separação de misturas heterogêneas de solido/líquido ou de dois líquidos imiscíveis entre si.

   A deposição de um sólido fundo é chamada de sedimentação.

   

   Essa técnica é utilizada em estações de tratamento de água e esgoto.

Substâncias Químicas

      Uma substâncias é uma porção da matéria que tem propriedades bem definidas e que lhes são características.
    Através de suas propriedades um químico pode identificar uma substância. Entre essas propriedades estão o ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade.

Matéria

 Matéria é tudo que possui massa e ocupa um lugar no espaço.

   Massa

   A massa é uma grandeza associada a inércia de um corpo, ou seja, quanto maior a massa de um corpo maior é a dificuldade de colocar esse corpo em movimento ou de uma vez estando em movimento, faze-lo parar. 

   As unidades de massa mais comuns são expressas em: tonelada(t); quilograma (Kg);  grama (g).

   No Sistema Internacional (SI) a unidade de massa é o quilograma - Kg.

Densidade

 A densidade é uma propriedade específica da matéria, e serve para identificar uma substância.

   

 A densidade relaciona a massa de um material e o volume por ele ocupado.

Pode ser expressa em g/cm³; g/mL; g/L; Kg/L; dentre outras  (g/cm³ = g/mL)

Exercício Resolvidos / Lista de Exercícios : Termologia (termometria)

Exercícios Resolvidos

1- Converta as escalas de temperatura:

a) 50°C para Fahrenheit

b) -77°F para Celsius

c) 20°C para Kelvin

d) 120K para Celsius

e) 122°F para Kelvin

Resolução

TERMOLOGIA: Termometria

   Temperatura é a grandeza que permite avaliar o grau de agitação térmica das moléculas de um corpo.

   Agitação térmica, é a agitação das moléculas. Quanto mais quente é um corpo, maior é a agitação das moléculas desse corpo.

   Esse movimento de átomos e moléculas esta associado a energia cinética, chamada de energia térmica.

 Lei Zero da Termodinâmica

   Equilíbrio térmico, ocorre quando dois corpos de temperaturas diferentes são colocados juntos e depois de certo tempo eles atingem uma temperatura comum.

   Segundo a lei zero da termodinâmica, se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico.

     

Mudanças de Estado Físico

   Conforme as condições em que se encontram as substâncias podem se apresentar nos estados físicos: sólido, líquido ou gasoso.  

Sólido: Apresentam forma e volume constante; as partículas se encontram mais juntas, o que dificulta a movimentação

Líquido: Apresentam volume constante e forma variável; as partículas apresentam uma certa liberdade a movimentação.

Gasoso: Apresentam forma e volume variável; as partículas se encontram livres umas das outras, possuindo maior liberdade de  movimentação

Figura 1

    A mudança de estado de uma sustância é um fenômeno ou transformação física, uma vez que, suas características químicas não se alteram, pois suas moléculas permanecem intactas.

Introdução a Química

  As Ciências Naturais, tem como finalidade estudar os fenômenos da natureza,  quer esses fenômenos ocorram em ambiente natural, ou em ambiente artificial, como por exemplo, em laboratórios. A Física, Biologia, Matemática, Astronomia e a Química, são as principais ramificações da ciência natural.
 
  A Química como ciência natural tem como objetivo estudar as substâncias, sua composição, estrutura e suas propriedades,principalmente a sua capacidade de reação quimica e sua relação com a energia.
 
  Assim como as outras Ciências, a Química teve sua evolução histórica até chegar ao a quimica estudada nos dias de hoje. Ter noções de historia da Química nos ajuda a entender a sua importância.

Uma breve História da Química

 Os gregos antigos já conheciam o chumbo, cobre, ouro, ferro, mercúrio e estanho, mas para eles estes eram apenas metais, não havia o conceito de elemento químico. Para eles o mundo era feito de água, fogo, terra e ar.