1º Ano - Ensino Médio - Noturno - Química - Modelo Cinético Molecular.

TEMA: Teoria Cinética dos gases.

TEORIA CINÉTICA DOS GASES 

Essa teoria procura dar uma ideia da estrutura interna dos gases (de como é um gás “por dentro”), criando um modelo que possa explicar os fenômenos e as leis experimentais mencionadas anteriormente. Em linhas gerais, a teoria cinética dos gases diz que: 

• Todo gás é formado por partículas minúsculas (átomos, moléculas, íons) em movimento livre, desordenado e com alta velocidade. Esse movimento é denominado agitação térmica. Por exemplo, a velocidade das moléculas do ar, nas condições ambientes, é de cerca de 1.400 km/h. A maior ou menor temperatura de um gás é a medida do maior ou menor grau de agitação térmica de suas partículas. 

• As partículas de um gás estão muito afastadas umas das outras, isto é, o espaço que elas ocupam é desprezível em face do espaço “vazio” existente no estado gasoso. Por exemplo, o volume próprio das moléculas de N2 e de O2 existentes no ar, nas condições ambientes, é cerca de 0,1% do volume ocupado pelo ar. Tal fato explica por que os gases têm densidades baixas, podem ser facilmente comprimidos e se misturam com muita facilidade. Além disso, estando muito afastadas, as partículas se atraem muito pouco, o que explica a expansão fácil dos gases e sua grande dilatação com o calor. 

• As partículas de um gás se chocam de forma perfeitamente elástica entre si e contra as paredes do recipiente que as contém, isto é, sem perder energia cinética e quantidade de movimento. Isso explica por que o movimento das partículas é perpétuo. Além disso, é fácil compreender que a pressão exercida por um gás dentro de um recipiente resulta dos choques de suas partículas contra as paredes desse recipiente. Por exemplo, dentro do pneu de um automóvel, é o choque das moléculas de ar com as paredes do pneu que mantém o pneu cheio; e também se percebe que a mesma pressão é exercida em todas as direções.

• As moléculas não exercem força umas sobre as outras, exceto quando colidem. Entre as colisões, apresentam movimento retilíneo e uniforme. Isso equivale a desprezar as forças gravitacionais e as forças intermoleculares. 

GÁS PERFEITO E GÁS REAL 

Gás perfeito ou gás ideal, seria o gás que obedeceria, rigorosamente, às leis e fórmulas estudadas neste volume, em quaisquer condições de pressão e temperatura e também deveria encaixar-se perfeitamente no modelo descrito pela teoria cinética. Na prática, tal gás não existe. No estudo dos gases ideais vemos que um gás é composto por átomos e moléculas, que se movem de acordo com as leis estabelecidas pela cinemática. Em um gás, suas partículas normalmente estão muito distantes uma das outras, tendo o vazio entre si. Vemos também que a principal característica dos gases é de praticamente só existir interação entre suas partículas quando elas colidem umas com as outras. 

Os gases comuns, que chamaremos de gases reais, sempre se afastam do comportamento de um gás perfeito, principalmente a pressões muito altas e/ou temperaturas muito baixas. Nesses casos, o volume dos gases se reduz bastante, e as partículas se avizinham, passando umas a interferir no movimento das outras. Como consequência, o comportamento dos gases passa a se afastar daquele previsto pela teoria cinética. Desse modo, podemos concluir que um gás real se assemelha mais ao gás perfeito à medida que a pressão diminui e a temperatura aumenta; em outras palavras, o comportamento de um gás será tanto mais perfeito quanto mais rarefeito ele estiver. 

VOLUME MOLAR 

De modo muito amplo, chama-se volume molar o volume ocupado por 1 mol de uma substância qualquer, em determinadas condições de pressão e de temperatura. É interessante notar, porém, que o volume ocupado por 1 mol de um sólido ou de um líquido varia muito de uma substância para outra. No entanto, o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás é sempre o mesmo, em determinadas pressão e temperatura. 

É fácil entender esse fato, pois 1 mol contém sempre o mesmo número de partículas; nos gases o mesmo número de partículas é encontrado em volumes iguais (a P e T constantes). Consequentemente, 1 mol de qualquer gás ocupa sempre o mesmo volume, que é o chamado volume molar.

Assim, vem a definição: Volume molar (VM) dos gases é o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás, em determinada pressão e temperatura. O volume molar independe da natureza do gás, mas varia com a pressão e a temperatura. Verifica-se experimentalmente que, nas condições normais de pressão e temperatura (CNTP ), o volume molar é 22,4 L/mol:

O usual, no entanto, é falarmos no volume molar nas condições normais — tanto que alguns autores chamam de volume molar apenas o volume de 22,4 L, que só se aplica a 0 °C (273K) e 760 mmHg (1,0 atm). 

Com o conhecimento do volume molar dos gases, podemos perceber como é enorme a diferença de volume de uma mesma quantidade de uma substância, conforme ela esteja no estado sólido, no líquido ou no gasoso. Por exemplo, nas CNTP, 1 mol (isto é, 18 g de água) ocupa praticamente: 18 mL no estado sólido; 18 mL no estado líquido; e 22.400 mL no estado gasoso. 

Note que este último é um volume cerca de 1.245 vezes maior que os dois primeiros. É por isso que nunca devemos aquecer sólidos ou líquidos em recipientes fechados; a passagem brusca da substância para o estado gasoso pode significar uma explosão violenta. 

EQUAÇÃO DE CLAPEYRON ou EQUAÇÃO GERAL DOS GASES 

Com base nas três leis dos gases, podemos estabelecer uma lei geral que vai nos permitir a elaboração de modelos explicativos para o comportamento da matéria. Como toda lei, ela será uma generalização teórica e terá suas limitações. Consequentemente, os modelos desenvolvidos a partir dela, como todo modelo científico, também serão aproximações da realidade. 

Para uma massa constante de um mesmo gás, vale sempre a relação:

ATIVIDADES

01 - (UFCE-CE) As pesquisas sobre materiais utilizados em equipamentos esportivos são direcionadas em função dos mais diversos fatores. No ciclismo, por exemplo, é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizada seria inflar os pneus das bicicletas com o gás hélio (He), por ser bastante leve e inerte à combustão. Constante universal dos gases: 0,082 atm L mol-1 K-1. A massa de hélio, necessária para inflar um pneu de 0,4 L de volume, com a pressão correspondente a 6,11 atm, a 25 °C, seria: 

A) 0,4 g 

B) 0,1 g 

C) 2,4 g 

D) 3,2 g 

02 – (UnB-PAS-DF) Com relação ao modelo cinético dos gases, marque a alternativa correta. 

A) Segundo esse modelo, as moléculas de um gás estão em constante movimento, retilíneo desordenado, colidindo de modo perfeitamente elástico entre si com as paredes do recipiente no qual se encontram. 

B) Se colocarmos um balão cheio de ar na geladeira, então, ao retirá-lo cerca de duas horas depois, observaremos uma diminuição do diâmetro do balão. 

C) O número de colisões entre as moléculas do gás nitrogênio colocado nos pneus de um carro de Fórmula 1 diminui no decorrer da corrida. 

D) Considerando que a pressão atmosférica na superfície de um lago é aproximadamente duas vezes menor do que a pressão no fundo, uma bolha de ar que se forma no fundo desse lago, ao atingir a superfície, terá seu volume diminuído em aproximadamente duas vezes. 

03 - (Unb-DF) A temperatura a que devemos aquecer uma caldeira aberta, com capacidade de 50 litros, para que saia metade da massa de ar nela contida a 27 °C é: 

A) 54 °C 

B) 327 °C 

C) 627 °C 

D) 227 °C 

04 - Em hospitais, o gás oxigênio é armazenado em cilindros com volume de 60 L, a uma pressão de 150 atm. Considerando a temperatura constante, responda às questões. Qual volume em (m3 ) ocuparia o oxigênio contido em um cilindro, a uma pressão de 760 mmHg? 

A) 9 

B) 12 

C) 18 

D) 21 

05 - (UFRGS-RS) Dois recipientes idênticos, mantidos na mesma temperatura, contêm o mesmo número de moléculas gasosas. Um dos recipientes contém hidrogênio, enquanto o outro contém hélio. Qual das afirmações abaixo está correta? 

A) A massa de gás em ambos os recipientes é idêntica. 

B) A pressão é a mesma nos dois recipientes. 

C) Ambos os recipientes contêm o mesmo número de átomos. 

D) A massa gasosa no recipiente que contém hidrogênio é o dobro da massa gasosa no recipiente que contém hélio. 

Fonte: FELTRE, Ricardo. Química. 6. Ed. São Paulo: Moderna, 2004.