Relatório de Físico-Química

Relatório de Físico-Química

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

BACHARELADO E LICENCIATURA EM QUÍMICA TECNOLÓGICA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICA E BIOLOGIA

LEANDRO HOSTERT

EFEITO DA PRESSÃO E DA TEMPERATURA NO COMPORTAMENTO DOS GASES

CURITIBA

2009

LEANDRO HOSTERT

EFEITO DA PRESSÃO E DA TEMPERATURA NO COMPORTAMENTO DOS GASES

Relatório apresentado à disciplina Físico-Química da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba, como requisito de obtenção de nota parcial.

Professor: João Batista Floriano

CURITIBA

2009

INTRODUÇÃO

Pressão:

Define-se pressão como força dividida pela área sobre a qual aplica-se a força. Em um gás a força possui origem das colisões das moléculas nas paredes do recipiente, sendo praticamente constante devido ao fato do grande número de colisões geradas. Pode-se utilizar a pressão como indicio de equilíbrio mecânico, ao colocarmos dois gases de pressões diferentes separados por uma parede móvel o gás de maior pressão tende a comprimir o gás de menor pressão, se os mesmos apresentarem pressões iguais a parede não se move o que indica o equilíbrio mecânico.

Mede-se a pressão exercida pela atmosfera através do barômetro, a pressão de uma amostra de gás no interior de um vaso mede-se através do nanômetro, este que consiste em um tubo em U cheio de líquido pouco volátil. A pressão, p, da amostra gasosa equilibra a pressão exercida pela coluna do líquido, que é igual a ρgh, onde h é a altura da coluna, mais a pressão externa, pex, se a outra boca do tubo encontrar-se aberta para atmosfera, (p= pex + ρgh).

Determina-se a pressão através da determinação da altura da coluna e pelo conhecimento da pressão externa.

Temperatura:

Denomina-se temperatura, T, como a propriedade responsável por indicar o sentido do fluxo de energia através de uma parede rígida e termicamente condutora. Assim como a pressão a temperatura indica equilíbrio, no caso da temperatura equilíbrio térmico. A Lei que enuncia experimentalmente esse equilíbrio é conhecida como lei zero, atinge-se o equilíbrio térmico quando não há mais mudanças de estado nos corpos em contato através de uma fronteira diatérmica. (ATKINS E PAULA, 2003)

Segundo Boyle, 1661, quando comprimi-se uma amostra de gás a metade do seu volume, atingiram as paredes, em um certo intervalo de tempo, duas vezes mais moléculas do que antes da compressão. Então a força média sobre as paredes dobra, assim quando reduzirmos o volume a metade, a pressão do gás fica duplicada e p X V é uma constante.

Gay-Lussac realizou medidas do volume mantendo uma massa fixa de gás sob pressão fixa e descobriu que o volume variava linearmente com a temperatura. Com esses estudos, determinou-se que o aumento relativo de volume a temperatura de 0∘C definiu-se que:

α0=1/V0 (ðV/ðθ) p.

a partir dos estudos de Boyle, Gay-Lussac e Avogrado obteve-se a equação de estado do gás ideal (V= nRT/p). (CASTELLAN, 1996)

MATERIAIS E METÓDOS

- Barômetro.

- Termômetro.

- 1 béquer de 50 ml.

- Banho termostatizado.

- Kit para experimentos de gás ideal.

PROCEDIMENTO

Inicialmente movimentou-se o nanômetro e verificou-se o volume máximo (Vmáx) e o volume mínimo (Vmin) que o gás pode atingir dentro da cápsula e qual suas respectivas alturas máxima (hmáx) e altura mínima (hmin) no nanômetro.

Dividiu-se os intervalos entre altura máxima e altura mínima do nanômetro em 5 divisões.

Escolheu-se 4 valores de temperatura para realizar o experimento (35,0∘C, 45,0∘C, 55,0∘C, 65,0∘C). Realizou-se em para cada temperatura as medidas dos volumes (V) nos 5 valores de altura (∆h) de coluna de mercúrio. Repetiu-se as mesmas alturas (∆h) para cada uma das temperaturas escolhidas. Coletou-se os dados.

Plotou-se os gráficos (isotermas) do volume em função da pressão para as condições de temperatura constante, o gráfico (isóbaras) de volume em função da temperatura para as condições de pressões constantes e o gráfico (isotermas) da pressão (p) versus o inverso do volume (1/V) para as condições de temperaturas constantes.

RESULTADOS

No procedimento a seguir mediu 5 alturas, com auxílio do manômetro, as alturas nas respectivas temperaturas e os volumes encontrados estão representados na tabela abaixo.(tabela 1).

Δh/ mm

Volume (cm3)

35,1 oC

44,9 oC

55,0 oC

65,0 oC

-1,5

18,9

20,3

22,2

25,6

1,5

18,1

19,4

21,1

24,5

3,4

16,9

19

20,3

23,8

9,7

16,2

17,3

18,7

21,4

23,3

13,8

14,5

15,6

17,6

Com base nos dados obtidos podem-se desenhar os gráficos, que foram os do volume pela pressão, pressão pelo inverso do volume, volume pela temperatura e volume pela temperatura em Celsius.

Gráfico 1: Volume pela Pressão.

No gráfico de 1, esperava-se que o gráfico obtido fosse uma curva da isoterma, porém este fato não se procedeu, provavelmente, ao fato dos valores das alturas serem muito próximos, e a curva foi interferida por isso, possíveis erros operacionais, a percepção dos vários integrantes do trabalho e a variação da pressão. Caso estudarmos a origem nos gráficos em questão, obteremos que o volume de 0 m3 que seria para isoterma de valor 0 K, este valor representaria o gás ideal.

Gráfico 2: Temperatura pelo Volume:

No gráfico 2, o esperado eram retas, porém não foi obtida com clareza também os erros provavelmente foram os mesmo. O ponto de interseção entre a reta e o eixo y representa o volume do gás a temperatura de zero graus Celsius. Com base neste gráfico pode-se calcular o coeficiente de expansão térmica representado por , que possui equação igual a:

Eq.(1)

A tangente das retas do gráficos são numericamente igual ao , com isso calculou-se os valores de :

Tabela 1: Pressão Volume e tangente.

Pressão

Volume a 0oC

tg α

0,896 x 105 Pa

18,6024

0,03158

0,935 x 105 Pa

17,4644

0,02960

0,960 x 105 Pa

15,4082

0,03224

1,04 x 105 Pa

14,8605

0,02434

1,22 x 105 Pa

Sem Valores

Sem Valores.

Com base nestes dados calculou-se o valor do coeficiente de expansão térmica.

Tabela 2: Pressão em relação ao coeficiente de expansão térmica.

Pressão (Pa)

0 (oC-1)

0,896 x 105

1,69 x 10-3

0,935 x 105

1,69 x 10-3

0,960 x 105

2,09 x 10-3

1,04 x 105

1,64 x 10-3

1,22 x 105

Sem Valor.

O 0 encontrado na literatura é de 1/273,15 (DAVID, 2005). Portanto os valores não aproximaram muito ao da literatura pelos erros já comentados.

Através da equação: Eq.(2) , calculou-se o erro que foi de 51,36%.

Gráfico 3: Inverso do volume pela pressão.

No gráfico 5 o ponto de intersecção entre as retas e a ordenada representa o inverso do volume que o gás ocupará quando a pressão for igual a zero Pascal.

Com base no gráfico calculou-se as tangentes para cada reta:

Tabela 3: Tangentes do gráfico PaX1/V.

Tangentes

- 8,2

-8,6

-9,7

-9,0

Utilizando-se do gráfico pode-se calcular o coeficiente de compressibilidade, que representado pela equação:

Eq.(3)

Sendo que oé o fator de compressibilidade, é o volume, é numericamente igual a tg.

Portanto, calculou-se os coeficientes de compressibilidade.

Tabela 4: Coeficiente de compressibilidade.

0,55

0,56

0,55

0,48

Com base nos dados do coeficiente de compressibilidade, calculou-se o erro obtido no experimento, o valor da literatura para o é 1 (DAVID, 2005).

Utilizando a equação 2 obteve-se como erro 46,5%. Este erro é considerado alto, porém os erros já comentados afetaram todo o estudo.

CONCLUSÕES

Com a realização do experimento pode-se concluir que as relações de Gay-Lussac e Boyle, porém devido ao grande erro não pode-se chegar com exatidão aos valores pretendidos. Obtendo erro de 51,36% para o coeficiente de expansão térmica e de 46,5% para o coeficiente de compressibilidade.

REFERÊNCIAS

ATKINS, PETER; PAULA, JULIO DE,”Físico-Química”, 7. Ed., Vol. 1, Rio de Janeiro, LTC, 2003.

CASTELLAN, GILBERT WILLIAN, Fundamentos de Físico-Química, 1 Ed., Rio de Janeiro, LTC, 1996.

DAVID R. LIDE, ed., “CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005”, <http://www.hbcpnetbase.com>, CRC Press, Boca Raton, FL, 2005.

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