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gases.aula#1

O que é um gás?


Para começar esta aula, olhe para o conjunto de figuras acima. Qual delas uma porção de matéria no estado gasoso?

A resposta é óbvia: (A). É tão óbvio, que se você fizer a mesma pergunta mesmo para uma criança que nunca estudou química, ouvirá a mesma resposta. Os conceitos de que o estado físico gasoso é mais desorganizado, tem mais espaço entre suas partículas e não tem forma definida fazem parte do senso comum.

Sendo assim, vamos explorar um pouco mais as representações artísticas dos estados físicos da matéria acima. A Figura (C) representa um sólido: neste, as esferas vermelhas (que podem representar átomos, íons ou moléculas) estão muito compactas e seu conjunto parece formar uma figura geométrica (neste caso um cubo) com forma bem definida. Na Figura (B), o líquido é representado por uma porção de esferas ligeiramente menos compactadas do que no estado sólido. Não existe uma ordem explícita na posição das esferas, mas estas parecem sempre estar tocando suas vizinhas - quase não existe espaços entre as partículas. A forma do conjunto das partículas, todavia, parece indefinida.

Ainda, olhando estas duas figuras (C e B), podemos concluir que a densidade (razão entre a massa e o volume) é grande nestes dois estados, e que provavelmente um sólido tenha uma densidade ligeiramente maior do que o de seu líquido. E de a densidade de ambos deve ser muito maior do que a do gás, como ilustra a Figura (A). Neste estado, as partículas estão muito afastadas uma das outras, e parecem estar em constante movimento aleatório.

A forma do conjunto das partículas de uma amostra no estado gasoso é indefinida - na verdade, um gás só tem forma se for confinado a um recipiente; neste caso, assume a forma de seu espaço interno. Em outras palavras, o gás se difunde pelo meio até ocupar todo o volume do recipiente que o confina. Mais adiante, veremos que este comportamento pode ser explicado pelo modelo cinético dos gases: as partículas estão em movimento constante e aleatório, com colisões elásticas. Neste caso, o único limite para a difusão do gás é a parede do recipiente.
Se o frasco for aberto, as partículas do gás se difundirão por toda a atmosfera, podendo até mesmo escapar da atração gravitacional de nosso planeta e rumar a esmo universo afora.

Uma outra grande diferença entre o estado gasoso e os demais estados físicos é a compressibilidade: um gás pode ser comprimido, mediante a aplicação de uma pressão, muito mais fácil e amplamente que um líquido. Na verdade, a redução de volume mediante a aplicação de pressão sobre um líquido é quase nula: por isto que utilizamos um fluido líquido para transmitir a pressão aplicada ao pedal até o freio de um automóvel. Se fosse um gás, o único efeito do pedal seria o de comprimí-lo, e o gás não seria freiado. Mais adiante, estudaremos também o fator de compressibilidade de um gás.

Outro fato interessante sobre gases é que, sob uma mesma pressão e temperatura, gases diferentes possuem densidades diferentes. O gás hélio, por exemplo, tem uma densidade de 161 mg/L nas CATP (condições ambientais de temperatura e pressão), isto é, a massa de um litro de hélio a pressão de 1 bar e a 25°C é de 161 miligramas. Já o mesmo volume, nas mesmas condições, do gás nitrogênio - o gás mais abundante da troposfera - tem uma massa de 1,129 g, o que lhe dá uma densidade de 1,129 g/L, nas CATP. E é justamente esta propriedade- diferenças nas densidades - que permite-nos voar em um balão de gás. Isto é possível pois o balão contém um gás de densidade menor do que a densidade da troposfera - tal como gás hélio, hidrogênio ou mesmo o ar atmosférico aquecido (veremos adiante que um gás de expande ao ser aquecido, ficando menos denso). O balão irá subir, então, até equalizar sua densidade (incluindo a massa da carga e do próprio balão) com a densidade da atmosfera.


Então, será que já podemos responder a pergunta que está no título desta aula? O que é um gás? Bem, ainda precisamos de muitas definições e conceitos que veremos nas próximas etapas. Todavia, já podemos definir um gás da maneira como este é definido pela Teoria Cinética Molecular dos Gases, ou modelo cinético dos gases.

Em acordo com o modelo cinético:

  1. um gás é uma coleção de partículas em constante movimento
  2. o movimento das partículas é aleatório e desordenado
  3. o espaço entre as partículas é muito maior do que o tamanho de cada partícula
  4. as partículas chocam-se entre si e com as paredes do recipiente que contém o gás. Estes choques são completamente elásticos.
  5. a velocidade média de uma amostra de gás aumenta com o aumento da temperatura

Veremos adiante que estes postulados explicam propriedades importantes dos gases: a pressão, a relação entre esta e a temperatura ou o volume, as velocidades de difusão e efusão de gases e ainda mais.

E, assim, concluímos a primeira etapa desta aula sobre gases. A seguir, veremos uma aula sobre as leis empíricas dos gases. Para continuar, use a barra de navegação no topo da página.


 

 

 

 

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