Apostila de Físico-Química

Apostila de Físico-Química

(Parte 1 de 9)

Curso: Processos Industriais Módulo: I Carga Horária: 60h. Docente: Janeide Reis Turno: Turma: Única Discente:

Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari

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1.Estudo geral dos gases02
1.1.Variáveis de estado e quantidade de substância02
1.2.Leis de Gases03
1.3. Equação de Clapeyron06
1.4. Relações entre gases07
1.5. Efusão e difusão de gases - Lei de Graham09
1.6. Misturas gasosas - pressão parcial (Lei de Dalton09
2. Fundamentos da Termodinâmica12
3. Reações Químicas em solução Aquosa16
4.Dispersões e Soluções17
4.1.Solução, dispersão coloidal e suspensão18
4.2.Classificação das soluções19
4.3.Concentração de Soluções; Diluição de Soluções; Mistura de Soluções21
5.Propriedades coligativas das soluções30
5.1.Pressão de vapor e mudança de estado30
5.2. Relações entre os efeitos coligativos34
6.Termoquímica40
6.1.Classificação: Reação exotérmica e reação endotérmica41
6.2. Entalpia Padrão (∆Hº)43
6.3.Lei de Hess45
6.4.Espontaneidade de uma reação46
7.Cinética Química;47
8.Equilíbrio Químico;5
9.Deslocamento de Equilíbrio57
10. Equilíbrio Iônico57
1.Pilhas e Eletrolise; Oxido-Redução62
12.Radioatividade; Leis das Emissões Radioativas e Meia Vida e Vida Média69

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1.Estudo geral dos gases 1.1. Variáveis de estado e quantidade de substância

Para se estudar os gases, usa-se um modelo que é denominado Gás Ideal ou Perfeito. Esse gás é hipotético. As variáveis que caracterizam o estado de um gás são:

A) Volume (V) - Os gases não têm volume nem forma próprios. Por definição, o volume de um gás é o volume do recipiente que o contém. B) Pressão (P) - A pressão de um gás é devida aos choques das moléculas contra as paredes do recipiente. C) Temperatura (T) - É o estado de agitação das partículas do gás. No estudo dos gases usa-se muito a temperatura absoluta em Kelvin (K).

Essas variáveis estão relacionadas com a quantidade de gás. Clapeyron (físico francês) estabeleceu que o quociente PV/T é diretamente proporcional ao número n de moles de um gás. No estado gasoso, as moléculas encontram-se isoladas, separadas umas das outras por grandes espaços vazios em relação ao seu tamanho e em contínuo movimento de translação, rotação e vibração e praticamente não há interação. Um gás tem a forma do recipiente onde está contido e ocupa todo o espaço limitado pelas paredes do recipiente. A teoria cinética dos gases considera estas moléculas em contínuo movimento desordenado e colidindo umas com as outras e com as paredes do recipiente que contém o gás. As colisões das moléculas entre si e contra as paredes do recipiente que as contém são perfeitamente elásticas e de duração desprezível. Os principais parâmetros de interpretação de um gás são a sua temperatura, em Kelvin (energia cinética das moléculas), e sua pressão (impacto das moléculas com o recipiente). "Em determinadas condições, um gás real apresenta comportamento que se aproxima do previsto para o gás ideal."

As moléculas não exercem força umas sobre as outras, exceto quando colidem.

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No caso de um gás, o volume é o do recipiente que o contém. O volume pode ser expresso através das unidades abaixo (mais comuns).

cm3 = centímetro cúbicomL = mililitro m3 = metro cúbico L = Litro
1 cm3 = 1mL1000 cm3 = 1000 mL = 1 L 1000 L = 1 m3

A temperatura é uma medida da energia cinética média de todas as moléculas que constituem o gás. Quanto mais alta a temperatura do gás, mais alta serão as velocidades das moléculas que o formam. Na nossa escala cotidiana (celsius) esta temperatura corresponde a - 273°C. Por isso, para converter a temperatura celsius em kelvin (temperatura absoluta), devemos usar a relação abaixo.

Por exemplo, 25 °C correspondem a 298 K. A escala kelvin é utilizada no estudo do comportamento dos gases. Nos cálculos envolvendo gases, costuma-se definir as condições normais de temperatura e pressão (CNTP), que seria o gás na temperatura de 0°C (273 K) e 1 atm (760 mmHg) de pressão.

A pressão é resultante da colisão das moléculas do gás com as paredes do recipiente que o contém, é força por unidade de área. Normalmente a pressão é medida em atmosfera (atm), milímetros de mercúrio (mmHg), centímetros de mercúrio (cmHg) ou torricelli (torr).

1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg 1mmHg = 1 torr

1.2. Leis de gases (Transformações gasosas)

A lei de Boyle-Mariotte estabelece que à temperatura constante, a massa de um dado gás ocupa um volume que é inversamente proporcional à pressão exercida sobre o mesmo. Se a pressão é dobrada, o volume cai para a metade. Se a pressão cai para a metade, o volume dobra. Transformações gasosas à temperatura constante são chamadas de isotérmicas.

O produto P.V = cte. Portanto, para o caso de um gás que sai de P1 e V1 e vai para P2 e V2, através de um processo isotérmico... P1 . V1 = P2 . V2

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A lei de Charles/Gay-Lussac estabelece que à pressão constante, o volume ocupado por uma massa gasosa é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Transformações gasosas à pressão constante são chamadas de isobáricas. Se a temperatura do gás dobra, seu volume também dobrará. Se a temperatura do gás cair para metade, o volume também cairá para metade.

processo isobáricoV1 / T1 = V2 / T2

V / T = cte. Portanto, para o caso de um gás que sai de T1 e V1 e vai para T2 e V2, através de um

Outra constatação de Charles/Gay-Lussac é a de que à volume constante, a pressão exercida por uma massa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Transformações gasosas à volume constante são chamadas de isocóricas ou isovolumétricas. P / T = cte. Portanto, para o

caso de um gás que sai de T1 e P1 e vai para T2 e P2, através de um processo isovolumétrico

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As equações apresentadas acima se prestam a situações em que uma das variáveis do gás se mantém constante. Para o caso em que as três variáveis se modifiquem durante o processo temos a equação geral dos gases, que é obtida a partir das leis apresentadas anteriormente.

Equação geral dos gases: É uma equação que relaciona as três variáveis de estado (pressão, volume e temperatura). Sua fórmula é P1V1/T1 = P2V2/T2, sendo que os índices referem-se à ordem cronológica. Ela será sempre aplicada quando, em uma transformação, o gás sofrer variação em suas três variáveis de estado (pressão, volume e temperatura).

= k ou

ISOBÁRICA (p1 = p2)

V1V2
—— =——
T1T2

lei de Charles e Gay-Lussac

ISOCÓRICA (V1 = V2)

P1P2
T1T2

lei de Charles e Gay-Lussac

A lei de Avogadro se origina do fato de o tamanho das moléculas ser desprezível em relação às distâncias que as separam: volumes iguais de gases quaisquer, à mesma temperatura e pressão, possuem o mesmo número de moléculas. O volume molar foi definido como o ocupado por um mol de qualquer gás nas CNTP e é igual a 2,4 litros (independe do gás).

(número de mols constante)

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1.3. Equação de Clapeyron

As leis de Boyle-Mariotte, Charles/Gay-Lussac e de Avogadro possibilitam a obtenção da equação de estado de um gás ou equação de Clapeyron que relaciona quantidade de mols de um gás com pressão, volume e temperatura, sendo R a constante universal dos gases perfeitos.

onde R = 0,082 atm.L/mol.K ou 62,3 mmHg.L/mol.K (R pode ser dado em outras unidades) e n = número de mols. A escolha da unidade da constante R depende da unidade de pressão utilizada.

1Determinar a pressão exercida por 9,6g de gás oxigênio, contidos em um recipiente com
2Calcule a qual pressão, em atm, 4,40g de dióxido de carbono ocupam um volume de 4,8 L a
3Qual a massa molecular de 135g de uma substância gasosa que está dentro de um recipiente de
4Um dos poluentes mais comuns é o monóxido de carbono. Uma amostra contendo 4 mols desse
5(Unaerp-SP) O argônio é um gás raro utilizado em solda, por arco voltaico, de peças de aço
6Os sucos de frutas engarrafados encontrados nas prateleiras dos supermercados contém

Atividade capacidade de 8,2 L a 27O C. R:0,9 273O C. R:0,09 3 litros a uma pressão de 5 atm e a uma temperatura de 27O C? R: 221,4 gás exerce uma pressão de 2,46 atm a 27O C. Nessas condições, determine o volume ocupado, em litros, pelo gás. R:40 inoxidável. Qual a massa de argônio contida num cilindro de 9,84 L que, a 27O C, exerce uma pressão de 5 atm? R:80 conservantes químicos, e um desses é o dióxido de enxofre (SO2), substância gasosa nas condições ambientes. Recentemente, os jornais, rádios e as TVs anunciaram a retirada de muitos desses

7Qual o volume de um balão contendo 4,0g de gás hélio, utilizado em parques de diversões ou

sucos do mercado, pelo fato de conterem um teor de conservante maior que o permitido oficialmente. Qual a quantidade (em mol) de dióxido de enxofre contido num recipiente de volume igual a 1,0 L sob pressão de 2,4 atm, mantido a 273K? R:1 em propaganda, num dia em que a temperatura é 32O C e a pressão do balão é 2,5 atm? R:110,04 8. (Cesgranrio-RJ) Num tanque de gás, havia 8,2 m3 de oxigênio a –23O C e 2 atm de pressão.

Tendo ocorrido um vazamento, verificou-se que a pressão diminuiu em 0,5 atm. Que massa de oxigênio foi perdida, em gramas, sabendo que a temperatura permaneceu constante? R:6400

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Gás ideal ou gás perfeito

É um modelo teórico. É um gás que obedece às equações p·V/T = k e p·V = n·R·T, com exatidão matemática, ou seja, obedece rigorosamente aos postulados da teoria cinética dos gases, às leis de Boyle-Mariotte, Charles, Gay-Lussac, à Equação geral de estado e à Equação de Estado dos gases. Na prática, temos gases reais. Um gás real tende para o gás ideal quando a pressão tende a zero e a temperatura se eleva.

1.4. Relações entre gases

Densidade absoluta de um gás nas CNTP: É uma grandeza definida como a razão entre a massa e o volume ocupado por esta massa nas CNTP.

dCNTP =

Densidade de um gás a uma pressão p e temperatura T: É a relação entre a massa (m) e o volume ocupado (V) e pode ser calculada a partir da Equação de Estado (Clapeyron): PV=nRT

Densidade relativa de um gás A em relação a outro gás: Define-se como o quociente entre as densidades absolutas dos gases A e B, na mesma Pressão e Temperatura.

dA,B =

MB Densidade relativa de um gás A em relação ao ar: Define-se como o quociente entre a densidade absoluta do gás A e a densidade do Ar, na mesma Pressão e Temperatura.

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