Lei Gay Lussac dos gases

A lei do gás de Gay-Lussac  é um caso especial da  lei do gás ideal,  onde o volume do gás é mantido constante. Quando o volume é mantido constante, a pressão exercida por um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. Em termos simples, aumentar a temperatura de um gás aumenta sua pressão, enquanto diminuir a temperatura diminui a pressão, assumindo que o volume não muda. A lei também é conhecida como lei da temperatura de pressão de Gay-Lussac. Gay-Lussac formulou a lei entre 1800 e 1802 ao construir um termômetro de ar. Esses problemas de exemplo usam a lei de Gay-Lussac para encontrar a pressão do gás em um recipiente aquecido, bem como a temperatura necessária para alterar a pressão do gás em um recipiente.

Principais tópicos: Problemas químicos da lei de Gay-Lussac
  • A lei de Gay-Lussac é uma forma da lei ideal do gás, na qual o volume de gás é mantido constante.
  • Quando o volume é mantido constante, a pressão de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura.
  • As equações usuais da lei de Gay-Lussac são P / T = constante ou P i / T i  = P f / T f .
  • A razão pela qual a lei funciona é que a temperatura é uma medida da energia cinética média; assim, à medida que a energia cinética aumenta, ocorrem mais colisões de partículas e a pressão aumenta. Se a temperatura diminuir, haverá menos energia cinética, menos colisões e menor pressão.

Exemplo da lei de Gay-Lussac

Um cilindro de 20 litros contém 6  atmosferas (atm)  de gás a 27 C. Qual seria a pressão do gás se o gás fosse aquecido a 77 ° C?

Para resolver o problema, siga as etapas a seguir:

O volume do cilindro permanece inalterado enquanto o gás é aquecido, de modo que a lei de Gay-Lussac se aplica. A lei dos gases de Gay-Lussac pode ser expressa como:
i / T i = P f / T f
Em que
i e T i são a pressão inicial e temperaturas absolutas
f e T f são a pressão final e temperatura absoluta
Primeiro, converta o temperaturas a temperaturas absolutas.
i = 27 C = 27 + 273 K = 300 K
f = 77 C = 77 + 273 K = 350 K
Use esses valores na equação de Gay-Lussac e resolva para P f .
f = P i T f / T i
f = (6 atm) (350K) / (300 K)
f = 7 atm
A resposta que você obtém seria:
A pressão aumentará para 7 atm após o aquecimento do gás de 27 oC a 77 oC.

Outro exemplo

Veja se você entendeu o conceito resolvendo outro problema: Encontre a temperatura em Celsius necessária para alterar a pressão de 10,0 litros de um gás que tenha uma pressão de 97,0 kPa a 25 oC para a pressão padrão. A pressão padrão é 101,325 kPa.

Primeiro, converta 25 C em  Kelvin  (298K). Lembre-se de que a escala de temperatura Kelvin é uma escala  absoluta de temperatura com  base na definição de que o  volume  de um  gás  em pressão constante (baixa)   é diretamente proporcional à  temperatura  e que 100 graus separam os   pontos de congelamento e ebulição da água.

Insira os números na equação para obter:
97,0 kPa / 298 K = 101,325 kPa / x
resolvendo para x:
x = (101,325 kPa) (298 K) / (97,0 kPa)
x = 311,3 K
Subtraia 273 para obter a resposta em graus Celsius.
x = 38,3 oC
 

Dicas 

Lembre-se destes pontos ao resolver um problema de lei de Gay-Lussac:

  • O volume e a quantidade de gás são mantidos constantes.
  • Se a temperatura do gás aumentar, a pressão aumenta.
  • Se a temperatura diminuir, a pressão diminuirá.

Temperatura é uma medida da energia cinética das moléculas de gás. A baixa temperatura, as moléculas estão se movendo mais lentamente e atingem a parede de um recipiente sem frequência. À medida que a temperatura aumenta, o mesmo ocorre com o movimento das moléculas. Eles atingem as paredes do recipiente com mais frequência, o que é visto como um aumento na pressão. 

A relação direta se aplica apenas se a temperatura for dada em Kelvin. Os erros mais comuns que os alunos cometem ao trabalhar com esse tipo de problema são esquecer de converter para Kelvin ou fazer a conversão incorretamente. O outro erro está negligenciando  números significativos  na resposta. Use o menor número de figuras significativas fornecido no problema.

Fontes

  • Barnett, Martin K. (1941). “Uma breve história da termometria”. Journal of Chemical Education , 18 (8): 358. doi: 10.1021 / ed018p358
  • Castka, Joseph F .; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E .; Williams, John E. (2002). Química moderna . Holt, Rinehart e Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
  • Crosland, MP (1961), “As origens da lei de Gay-Lussac de combinar volumes de gases”, Annals of Science , 17 (1): 1, doi: 10.1080 / 00033796100202521
  • Gay-Lussac, JL (1809). “Memorizar sobre a combinação de substâncias gasosas, de acordo com os outros” (Memórias sobre a combinação de substâncias gasosas entre si). Memories of the Société d’Arcueil 2: 207–234. 
  • Tippens, Paul E. (2007). Physics , 7a ed. McGraw-Hill. 386-387.