Em meados do século XVII, Robert Boyle fez várias pesquisas sobre o comportamento elástico do ar, culminando com a publicação de seu livro, "New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects", no ano de 1660.
Boyle propôs uma explicação teórica para a elasticidade do ar comparando-o a "uma pilha de pequenos corpos, caindo uns sobre os outros", onde estes corpos eram pensados como sendo molas, ou novelos de lã empilhados uns sobre os outros, porém sem movimento independente.
Usando um barômetro de mercúrio, Boyle demonstrou que estamos imersos num mar de ar, que nos comprime com uma pressão igual à de uma coluna d'água de 10 metros de altura. Ou seja, a pressão atmosférica.
Este fato deu origem ao conceito de pressão que antes não era usado, e Boyle ilustrou de forma qualitativa a existência da relação entre a pressão e o volume de ar (o termo gás não era usado na época) contido num recipiente como sendo inversamente proporcional.
Outra contribuição de Boyle para o estudo dos gases, que passaram a ser chamados de fluidos elásticos, foi a constatação que a viscosidade de um gás não depende de sua densidade, ao contrário do que acontece com os líquidos. Tal constatação foi esquecida por muito tempo, até que Clausius conseguiu obter uma explicação teórica para ela.
Robert Boyle (1627-1691), físico e químico irlandês, foi o sétimo e último filho do conde de Cork, um nobre britânico que possuiu consideráveis propriedades na Irlanda. A fortuna de Boyle foi usada para comprar aparatos científicos caros. Com o aparato construído por Robert Hooke, na época seu ajudante, Boyle conseguiu estudar as característica do ar e estabelecer o que hoje conhecemos como a lei de Boyle. Grande admirador dos trabalhos de Galileu, Boyle foi um dos primeiros a contestar a existência do éter e afirmar que todas as matérias são constituídas de elementos simples: os átomos.
Apesar de ter encontrado a relação entre pressão e volume, Boyle não conseguiu descobrir de que forma é a força que existe entre os átomos.
Contudo, logo após Boyle ter publicado suas pesquisas, Isaac Newton usou a relação entre pressão e volume para obter uma hipótese sobre as forças interatômicas.
Para Newton, havia uma força repulsiva com intensidade inversamente proporcional à distância que separa os átomos. Ao supor que o ar era composto por partículas que se comportavam como molas, o termo fluido elástico foi usado até que o conceito de moléculas em movimentos desordenados tomasse lugar.
Isaac Newton (1643-1727), físico e matemático inglês, fundou as bases da mecânica clássica e criou o cálculo diferencial e integral. Newton foi o primeiro cientista a receber o título de Sir (cavalheiro) da rainha da Inglaterra.
Contrário à hipótese de que os átomos são como molas ligadas entre si, Daniel Bernoulli propôs uma teoria para explicar a pressão que um gás exerce. Esta teoria baseia-se na comparação dos átomos com esferas rígidas (bolas de bilhar) que se chocam continuamente por estarem em movimento, sendo que a sucessão de choques contra as paredes de um recipiente é que produz a pressão.
A suposição de Bernoulli que calor é nada mais que movimento de átomos não foi aceita pelos cientistas de sua época, pois estes acreditavam na existência do éter e discordavam da idéia de que os átomos pudessem voar livremente pelo espaço.
Devido ao fato das idéias de Newton sobre a interação entre átomos serem aceitas até por volta do século XIX, a teoria cinética proposta por Bernoulli foi quase esquecida. Somente quando a física alcançou um estágio de desenvolvimento em que os conceitos antigos foram derrubados é que a teoria cinética dos gases ressurgiu.
Daniel Bernoulli (1700-1782), físico e matemático holandês. Pertenceu a uma família de matemáticos famosos, e seu trabalho mais conhecido foi na área da hidrodinâmica.
Foi a derrubada da teoria do calórico e sua substituição pela teoria dinâmica do calor que criou a situação favorável ao ressurgimento da teoria cinética dos gases.
Rudolf Clausius foi um dos físicos notáveis do século XIX. Suas contribuições mais importantes foram a formulação da segunda lei da termodinâmica e o desenvolvimento da teoria mecânica do calor sobre as bases do conceito de entropia. Seu primeiro artigo sobre a teoria cinética foi publicado em 1857, onde o conceito de átomos comportando-se como esferas rígidas foi usado para então obter a pressão e a temperatura do gás em função da velocidade das moléculas.
Em um segundo artigo, Clausius introduziu o conceito do caminho livre médio com a finalidade de dar um tratamento matemático ao fenômeno da condução de calor em gases. Este conceito também foi usado para derrubar as objeções que eram feitas contra a teoria cinética.
Segundo a teoria cinética as moléculas num gás estão em movimento desordenado com velocidades muito grandes. Porém esta afirmação era contestada pelos opositores da teoria cinética ao dizerem que se as moléculas realmente percorriam grandes distâncias em linha reta, então dois gases em contato se misturariam rapidamente, ao contrário do que ocorre nas experiências.
Clausius refutou estas objeções ao demonstrar que, por causa dos constantes choques, as moléculas não percorriam grandes distâncias, mas sim pequenos trechos entre os choques, que ele denominou de caminho livre médio.
Rudolf Clausius (1822-1888), físico alemão, destacou-se por seus trabalhos em termodinâmica introduzindo o conceito de entropia.
Assim como Clausius, muitos cientistas acreditavam que as moléculas, depois de sucessivos choques, adquiriam uma velocidade comum entre elas. Porém James Clerk Maxwell discordava desta afirmação e propôs uma hipótese na qual as numerosas colisões entre as moléculas no gás, ao invés de igualar as velocidades de todas as moléculas, produziria uma distribuição estatística de velocidades na qual todas as velocidades poderiam ocorrer, com uma probabilidade conhecida.
As pesquisas de Maxwell sobre a teoria cinética, além de ajudarem a estabelecer as bases para a mecânica estatística moderna, concluíram que a viscosidade de um gás independe de sua densidade, convertendo muitos cientistas que ainda não haviam aceito a teoria cinética dos gases.
James Clerk Maxwell (1831-1879), físico escocês, ficou mais conhecido por seus trabalhos em eletromagnetismo, sendo que as leis de Maxwell são válidas até os dias de hoje.
Fonte: www.zpe.hpg.ig.com.br
Características de uma substância no estado gasoso - Não tem forma e nem volume próprios. Um gás tem a forma do recipiente onde está contido e ocupa todo o espaço limitado pelas paredes do recipiente. O volume de um gás é o volume do recipiente onde está contido.
Modelo do estado gasoso (teoria cinética dos gases) - Um gás é constituído por moléculas isoladas, separadas umas das outras por grandes espaços vazios em relação ao seu tamanho e em contínuo movimento de translação, rotação e vibração.
Pressão de um gás - Resulta das colisões das moléculas contra as paredes do recipiente onde está contido.
Temperatura de um gás - É uma medida da agitação molecular ou da agitação térmica.
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.
Na prática, temos gases reais. Um gás real tende para o gás ideal quando a pressão tende a zero e a temperatura se eleva.
CNTP
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP)
P = 1,00 atm e T = 273K
Lei de Boyle - A temperatura constante, o volume ocupado por uma quantidade fixa de um gás é inversamente proporcional à sua pressão.
Lei de Charles e Gay-Lussac - A volume constante, a pressão de uma massa fixa de um gás varia linearmente com a temperatura do gás em graus Celsius.
A pressão constante, o volume de uma massa fixa de um gás varia linearmente com a temperatura do gás em graus Celsius.
Com a introdução da escala absoluta, as leis de Charles e Gay-Lussac foram assim enunciadas:
· A volume constante, a pressão de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás.
· A pressão constante, o volume de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás.
| Transformação | Pressão | Volume | Temperatura |
|---|---|---|---|
| ISOBÁRICA | CONSTANTE | ||
| ISOCÓRICA* | CONSTANTE | ||
| ISOTÉRMICA | CONSTANTE |
* isométrica ou isovolumétrica
Equação geral dos gases perfeitos
| P·V —— = k T |
ou | P1.V1 P2.V2 —— = —— T1 T2 |
(número de mols constante)
| ISOBÁRICA (P1 = P2) |
V1 —— T1 |
= | V2 —— T2 |
lei de Charles e Gay-Lussac |
|---|---|---|---|---|
| ISOCÓRICA (V1 = V2) |
P1 —— T1 |
= | P2 —— T2 |
lei de Charles e Gay-Lussac |
| ISOTÉRMICA (T1 = T2) |
P1·V1 = P2·V2 | lei de Boyle | ||
P·V = n·R·T
R = constante universal do gás perfeito ou ideal
| R = 0,082 |
atm·L mol·K |
= 62,3 | mmHg·L mol·K |
Volume molar é o volume de um mol de substância.
O volume molar de um gás é constante para todos os gases a uma mesma pressão e temperatura.
Nas CNTP, o volume molar é igual a 22,4 L/mol.
Fração molar, pressão parcial, pressão total, volume parcial e volume total
Fração molar de um gás A numa mistura
número de mols de A ¸ número de mols de mistura
Pressão parcial de um gás A numa mistura
fração molar de A ´ pressão da mistura.
Pressão parcial de um gás A numa mistura
é a pressão exercida pelo gás A como se ele estivesse sozinho na mistura.
Pressão (total) de uma mistura gasosa
é a soma das pressões parciais de cada gás.
Volume parcial de um gás A numa mistura
é o volume que teria o gás A se estivesse submetido à pressão (total) da mistura, à mesma temperatura.
Volume parcial de um gás A numa mistura
fração molar de A ´ volume da mistura.
Fração molar de um gás A numa mistura
quando expressa em porcentagem, é também a porcentagem em volume do gás A na mistura.
Densidade de um gás
| dCNTP = | M —— 22,4 |
g/L |
|---|
p·M
d =——
R·T
MA
dA,B = ——
MB
MA MA
dA,ar = —— = ——
Mar 28,8
Efusão de gases é a passagem de gases por pequenos orifícios.
Difusão de gases é a mistura de gases quando colocados uns na presença de outros.
Lei de Graham - As velocidades de efusão e de difusão são inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas moleculares (ou de suas densidades).
Fonte: www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br
