1. QUÍMICA GERAL
Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica
Universidade Federal Fluminense
Volta Redonda - RJ
Prof. Dr. Ednilsom Orestes
25/04/2016 – 06/08/2016 AULA 09
5. CARACTERÍSTICAS DOS GASES
Facilmente compressíveis.
Sugere moléculas afastadas umas das
outras
Preenchem o espaço disponível.
Sugere moléculas em constante
movimento caótico.
8. Suponha que a altura da coluna de Hg em
um barômetro é 760,0 mm em 15°C. Qual a
pressão atmosférica em pascals? Em 15°C, a
densidade do Hg é de 13,595 g/cm3 (que
corresponde a 13,595 kg/m3) e a aceleração
da gravidade na superfície da Terra é de
9,80665 m/s2.
𝑃 = 𝑑ℎ𝑔
𝑃 = 13,595 kg. m−3
× 0,760 m × 9,80665 m. s−2
𝑃 = 1,01 × 105 kg. m−1. s−2 = 1,01 × 105 Pa
Qual a pressão em kPa se a altura da coluna de Hg for 756,0 mm em
15°C.
A densidade da água em 20°C é 0,998 g/cm3. Qual a altura da coluna de
água quando a pressão atmosférica corresponde a 760,0 mm de Hg?
EXERCÍCIOS
13. Uma amostra de Ne cujo volume é 10,0 L em 300,0
Torr expande isotermicamente em um tudo evacuado
cujo volume é 20,0 L. Qual é a pressão final do Ne no
tubo?
P1V1=P2V2
[Resp.: 150,0 Torr]
Em uma refinaria de petróleo, um cilindro de 750,0 L
contendo gás etileno em 1,00 bar foi comprimido
isotermicamente até 5,00 bar. Qual é o volume final
da amostra.
EXERCÍCIOS
14. LEI DE CHARLES (GAY-LUSSAC)
O volume de uma quantidade
fixa de gás sob pressão
constante varia linearmente
com a temperatura.
18. Um tanque rígido de oxigênio colocado no exterior de
um edifício tem pressão de 20,00 atm as 6 horas da
manhã, quando a temperatura é 10,0°C. Qual será a
pressão do tanque as 13 horas, quando a temperatura
chega a 30,0°C?
V1/T1=V2/T2
[Resp.: 21,4 atm]
Uma amostra de gás hidrogênio sob 760,0 mmHg na
temperatura de 20,0°C é aquecida até 300,0°C em um
recipiente de volume constante. Qual a pressão final
da amostra?
EXERCÍCIOS
19. PRINCÍPIO DE AVOGADRO
A pressão e temperatura
constantes, um certo número
de moléculas de gás ocupa o
mesmo volume independente
de sua identidade química.
20. PRINCÍPIO DE AVOGADRO
Expresso em termos do volume molar, 𝑉𝑚.
Volume ocupado por 1 mol de moléculas.
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (𝑒𝑚 𝑚𝑜𝑙𝑠)
𝑉𝑚 =
𝑉
𝑛
ou 𝑉 = 𝑛𝑉𝑚
𝑉𝑚 ≅ 22 L ∙ mol−1 (0℃ e 1 atm)
21. Encheu-se um balão atmosférico de hélio em -20,0°C
e, em uma determinada pressão, com 1,2x103 mol de
He até completar o volume de 2,5x104 L. Qual é o
volume molar do hélio em -20,0°C?
V=nVm
[Resp.: 21 L.mol-1]
Um grande tanque de armazenamento de gás natural
contém 200,0 mol de CH4 gasoso sob 1,20 atm. Outros
100,0 mol de CH4 entram no tanque em constante.
Qual a pressão final no tanque?
EXERCÍCIOS
23. Combinadas, as 3 propriedades resultam na
Lei do gases ideais
𝑃𝑉 = constante × 𝑛𝑇
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
R é chamada constante do gases.
Não depende da natureza do gás
(constante universal).
Equação de estado:
Relaciona pressão, volume,
temperatura e quantidade de
substância na amostra.
Todos os gases (reais) obedecem à Lei dos gases ideais em baixas
pressões 𝑷 → 𝟎
𝑃1 𝑉1
𝑛1 𝑇1
=
𝑃2 𝑉2
𝑛2 𝑇2
24. Em um tubo de raios catódicos, que até recentemente era muito usado em aparelhos de TV e
monitores de computador, o feixe de elétrons é dirigido diretamente a uma tela que emite
luz ao ser atingida. Você alguma vez desejou saber qual é a pressão dentro do tubo? Estime a
pressão (em atmosferas), levando em conta que o volume do tubo é 5,0 L, sua temperatura é
23,0°C, e que ele contem 0,10 μg de gás nitrogênio.
𝑛 =
𝑚
𝑀
=
1,0 × 10−7g
28,02 g ∙ mol−1 e 𝑇 = 296,15 K
𝑃 =
1,0 × 10−7
28,02
mol ×
8,206 × 10−2
L ∙ atm ∙ K−1
∙ mol−1
× (296 K)
5,0 L
= 1,7 × 10−8
atm
Calcule a pressão (em quilopascals) exercida por 1,0 g de CO2 em um balão de volume 1,0 L
em 300,0°C. [Resposta: 1,1 × 102
kPa]
Um motor de automóvel mal regulado, em marcha lenta, pode liberar até 1,00 mol de CO
por minuto na atmosfera. Que volume de CO, ajustado para 1,00 atm, é emitido por minuto
em 27,0°C?
EXERCÍCIOS
25. Imagine que ao se empurrar o pistão de uma bomba de
bicicleta, o volume dentro da bomba diminui de 100,0 cm3
para 20,0 cm3 antes que o ar comprimido flua para o pneu.
Suponha que a compressão é isotérmica. Calcule a pressão do
ar comprimido na bomba, se a pressão inicial é 1,00 atm.
𝑃2 =
𝑃1 𝑉1
𝑛1 𝑇1
×
𝑛2 𝑇2
𝑉2
𝑛1=𝑛2
𝑇1=𝑇2
𝑃1 =
𝑉1
𝑉2
𝑃2 = 1,00 atm ×
100 cm3
20,0 cm3
= 5,0 atm
Uma amostra do gás argônio de volume 10,0 mL em 200,0 Torr
expande isotermicamente em um tubo sob vácuo de volume
0,200 L. Qual é a pressão final do argônio no tubo?
[Resposta: 10,0 Torr]
Uma amostra de ar seco no cilindro de um motor de teste de
80. cm3 e 1,00 atm é comprimida isotermicamente até 3,20
atm sob a ação de um pistão. Qual é o volume final da
amostra?
EXERCÍCIOS
26. Em uma experiência para investigar as propriedades do gás refrigerante usado em um
sistema de ar-condicionado, determinou-se que 500,0 mL de uma amostra, em 28,0°C,
exercem 92,0 kPa de pressão. Que pressão exercerá a amostra quando for comprimida até
300,0 mL e resfriada até -5,0°C?.
𝑃2 =
𝑃1 𝑉1
𝑛1 𝑇1
×
𝑛2 𝑇2
𝑉2
𝑛1= 𝑛2
𝑃1 =
𝑉1
𝑉2
×
𝑇2
𝑇1
𝑃2 = 92,0 atm ×
500,0 mL
300,0 mL
×
268,2 K
301,2 K
= 137 kPa
Uma parcela (termo técnico usado em meteorologia para uma pequena região da
atmosfera) de ar cujo volume é 1,0x103 L em 20,0°C e 1,00 atm se eleva em um dos lados
de uma montanha. No alto, onde a pressão é 0,750 atm, a parcela de ar esfriou até -
10,0°C. Qual é o volume da parcela nesse ponto?
[Resposta: 1,20x103 L]
Um balão atmosférico está cheio de gás hélio em 20,0°C e 1,00 atm. O volume do balão é
250,0 L. Quando o balão sobe até uma camada de ar onde a temperatura é -30,0°C, o
volume se expande até 800,0 L. Qual é a pressão da atmosfera nesse ponto?
EXERCÍCIOS
28. Calcule o volume ocupado por 1,0 kg de hidrogênio em 25,0°C,
e 1,0 atm.
[Resposta: 1,2x104 L]
Calcule o volume ocupado por 2,0 g de hidrogênio em 25,0°C, e
1,0 atm.
EXERCÍCIOS
29. DENSIDADE DOS GASES
Concentração molar =
quantidade
Volume
𝐶 𝑚 =
𝑛
𝑉
=
𝑃𝑉/𝑅𝑇
𝑉
=
𝑃
𝑅𝑇
Se densidade =
massa
volume
então,
𝑑 =
𝑚
𝑉
=
𝑛𝑀
𝑉
=
𝑃𝑉/𝑅𝑇 𝑀
𝑉
=
𝑀𝑃
𝑅𝑇
Com P cte, quanto maior massa molar, maior a densidade.
Com T cte, densidade aumenta com a pressão (adição de
material ou redução de volume).
Com P cte, aquecimento provoca expansão e redução da
densidade.
30. O composto orgânico volátil geraniol, um componente do óleo de rosas, é usado em per-
fumaria. A densidade do vapor em 260,0°C e 103,0 Torr é 0,480 g·L-1. Qual é a massa
molar do geraniol?
EXERCÍCIOS
𝑀 =
0,480 g ∙ L−1 × 62,364 L ∙ Torr ∙ K−1 ∙ mol−1 × 533,15 K
103,0 Torr
= 155 g ∙ mol−1
O óleo obtido de folhas de eucalipto contem o composto
orgânico volátil eucaliptol. Em 190,0°C e 60,0 Torr, uma
amostra do vapor de eucaliptol tem densidade 0,320 g·L-1.
Calcule a massa molar do eucaliptol.
[Resposta: 154 g·mol-1]
O Codex Ebers, um papiro medico egípcio, descreve o uso de
alho como antisséptico. Os químicos de hoje descobriram
que o óxido do dissulfeto de dialila (o composto volátil
responsável pelo odor do alho) é um agente bactericida
poderoso. Em 177,0°C e 200,0 Torr, uma amostra do vapor
de dissulfeto de dialila tem densidade 1,04 g·L-1. Qual é a
massa molar do dissulfeto de dialila?
32. ESTEQUIOMETRIA
O volume molar, 𝑽 𝒎, é usado para converter a quantidade de
matéria (produto ou reagente) de uma reação em volume de gás.
33. 2 mols CO2 ≎ 4 mols KO2 e M(KO2) =71,10 g/mol.
𝑚 𝐾𝑂2
= 50,0 L ×
1 mol 𝐶𝑂2
24,47 L
×
2 mol 𝐾𝑂2
1 mol 𝐶𝑂2
×
71,1 g
1 mol 𝐾𝑂2
= 2,9 × 102 g
EXERCÍCIOS
O dióxido de carbono gerado pelos tripulantes na atmosfera artificial
de submarinos e espaçonaves deve ser removido do ar e o oxigênio,
recuperado. Grupos de projetistas de submarinos investigaram o uso
do superóxido de potássio, KO2, como purificador de ar, porque esse
composto reage com o dióxido de carbono e libera oxigênio.
4 KO2(s) + 2 CO2(g) → 2 K2CO3(s) + 3 O2(g)
Qual a massa de KO2 que reage com 50,0 L de CO2 em 25°C e 1,0 atm?
34. EXERCÍCIOS
Calcule o volume de dióxido de carbono, ajustado para 25°C e 1,0 atm, que as plantas
utilizam para produzir 1,00 g de glicose, C6H12O6, por fotossíntese na reação.
6 CO2(g) + 6 𝐻2 𝑂(𝑙) → C6H12O6(s) + 6 O2(g)
[Resposta: 0,81 L]
A reação entre os gases H2 e O2 para produzir o liquido H2O é usada em células a
combustível de naves espaciais para a produção de eletricidade. Que massa de água é
produzida na reação de 100,0 L de oxigênio armazenado em 25°C e 1,00 atm?
36. EXERCÍCIOS
Uma amostra de oxigênio foi coletada sobre água em 24°C e 745
Torr e fica saturada com vapor de água. Nesta temperatura, a
pressão de vapor da água é 24,38 Torr. Qual é a pressão parcial do
oxigênio?
[Resposta: 721 Torr]
Alguns estudantes que coletavam os gases hidrogênio e oxigênio
da eletrólise da água não conseguiram separar os dois gases. Se a
pressão total da mistura seca é 720,0 Torr, qual é a pressão parcial
de cada gás?
38. EXERCÍCIOS
O ar é uma fonte de reagentes em muitos processos químicos.
Para determinar a quantidade necessária desses gases nessas
reações, é preciso conhecer as pressões parciais dos
componentes. Certa amostra de ar seco com massa total 1,00 g
compõe-se quase completamente de 0,76 g de nitrogênio e
0,24 g de oxigênio. Calcule as pressões parciais desses gases
quando a pressão total é 0,87 atm.
𝑛 𝑁2
=
0,76 g
28,02 g ∙ mol−1
e 𝑛 𝑂2
=
0,24 g
32,00 g ∙ mol−1
𝑛 𝑁2
+ 𝑛 𝑂2
= 0,0035 mol
𝑥 𝑁2
=
0,76/28,02
0,76/28,02 + 0,24/32,00
= 0,78
𝑥 𝑂2
=
0,24/32,00
0,76/28,02 + 0,24/32,00
= 0,22
𝑃 𝑁2
= 0,78 × 0,87 atm = 0,68 atm
𝑃 𝑂2
= 0,22 × 0,87 atm = 0,19 atm
39. EXERCÍCIOS
Um bebê, acometido de infecção brônquica severa, está com problemas respiratórios. O
anestesista administra heliox, uma mistura de hélio e oxigênio, com 92,3% de O2 em
massa. Qual é a pressão parcial do oxigênio na mistura que está sendo administrada ao
bebê, se a pressão atmosférica é 730 Torr?
[Resposta: 4,4x102 Torr]
Alguns mergulhadores estão explorando um naufrágio e desejam evitar a narcose
associada à respiração de nitrogênio sob alta pressão. Eles passaram a usar uma mistura
neônio-oxigênio que contem 141,2 g de oxigênio e 335,0 g de neônio. A pressão nos
tanques de gás é 50,0 atm. Qual é a pressão parcial de oxigênio nos tanques?
41. GASES REAIS
1) Compressão e/ou resfriamento
causam liquefação.
Portanto, deve haver atração mutua
entre as moléculas.
2) Líquidos são pouco compressíveis.
Portanto, deve haver forças repulsivas
que impedem a compressão.
FATOR DE COMPRESSÃO, Z.
𝑍 =
𝑉𝑚
𝑉𝑚
ideal
44. Equação do virial: 𝑛𝑅𝑇 é apenas o 1º termo de uma expansão.
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 1 +
𝐵
𝑉𝑚
+
𝐶
𝑉𝑚
2 + ⋯
B e C dependem da temperatura.
Equação de van der Waals:
𝑃 + 𝑎
𝑛2
𝑉2
𝑉 − 𝑛𝑏 = 𝑛𝑅𝑇
a e b são parâmetros de van der Waals – independem da temperatura e são
característicos de cada gás.
a = representa o papel das repulsões.
b = representa o papel das atrações.
45. Equação de van der Waals:
𝑍 =
𝑉 𝑛
𝑅𝑇 𝑃
=
𝑃𝑉
𝑛𝑅𝑇
Substituindo P pela pressão da Equação de van der Waals:
𝑃 =
𝑛𝑅𝑇
𝑉 − 𝑛𝑏
− 𝑎
𝑛2
𝑉2
Obtemos:
𝑍 =
𝑉
𝑛𝑅𝑇
×
𝑛𝑅𝑇
𝑉 − 𝑛𝑏
− 𝑎
𝑛2
𝑉2
=
𝑉
𝑉 − 𝑛𝑏
−
𝑎𝑛
𝑅𝑇𝑉
Dividindo 1º termo por V:
𝑍 =
1
1 − 𝑛𝑏/𝑉
−
𝑎𝑛
𝑅𝑇𝑉
