Lei dos Gases Ideais

Um gás é simplesmente uma amostra dispersa de matéria que é fluida e se expande livremente para ocupar o espaço disponível. No entanto, um certo número de moléculas de gás ocupa um volume específico sob uma temperatura e pressão definidas. Podemos descrever o comportamento de um gás sob esses parâmetros usando a lei dos gases ideais, que usa a constante universal dos gases, R, para relacionar todas essas variáveis.

A constante universal do gás é igual a 8,314 joules por mol Kelvin. Essa equação nos permite entender as relações de estado em um sistema gasoso. Por exemplo, em um sistema de temperatura e pressão constantes, sabemos que a adição de mais moles de gás resulta em um aumento no volume. Da mesma forma, podemos olhar para um sistema de temperatura constante e moles e ver que uma diminuição no volume resulta em um aumento na pressão.

Um desafio é que a lei dos gases ideais descreve os gases que se comportam de maneira ideal. Então, o que queremos dizer com isso? O comportamento ideal pressupõe que, primeiro, as próprias moléculas são infinitesimalmente pequenas e essencialmente não têm volume e que a distância entre as moléculas é significativamente maior do que o tamanho da molécula individual.

Em segundo lugar, assumimos que as moléculas estão constantemente em movimento. Quaisquer colisões que ocorram entre as moléculas são elásticas e seu movimento é sem atrito, o que significa que as moléculas não perdem energia. Finalmente, assumimos que não há forças intermoleculares agindo entre as moléculas e seus arredores.

Infelizmente, a maioria dos gases não se comporta de maneira ideal. Em temperaturas muito baixas ou alta pressão, as moléculas estão muito próximas umas das outras e se movem lentamente, de modo que as interações intermoleculares são significativas. Da mesma forma, gases com alto peso molecular experimentam interações aumentadas devido ao seu grande tamanho e massa. No entanto, a relação gasosa ideal serve como uma boa aproximação em geral.

Então, como usamos a lei dos gases ideais para estudar o comportamento de um gás em laboratório? Pressão, volume e temperatura são geralmente mais facilmente medidos, mas e as toupeiras e, por extensão, a massa?

Uma das maneiras mais simples de medir a massa de um gás é pelo método de Dumas. Para realizar este teste, uma pequena quantidade de um composto volátil em sua fase líquida é colocada dentro de um tubo de Dumas, e o tubo é então colocado em água fervente.

Um composto volátil tem uma alta pressão de vapor à temperatura ambiente. A pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor em equilíbrio com sua fase líquida. Assim, um composto volátil com alta pressão de vapor faz a transição de líquido para gás rapidamente.

Quando isso acontece, o gás recém-formado força o ar para fora do tubo de Dumas, de modo que ele seja preenchido apenas com gás. Uma vez que o tubo é removido do banho-maria e deixado em temperatura ambiente, o gás se condensa para formar um líquido novamente. Como a massa é conservada, sabemos que a massa do líquido condensado é igual à massa do gás que preencheu o volume conhecido do tubo de Dumas.

Neste laboratório, você explorará a lei dos gases ideais usando o Método Dumas para determinar a massa molar de uma substância volátil desconhecida. Em seguida, você medirá a temperatura, a pressão e o volume do sistema e verá o quanto esse gás se desvia da idealidade.