Gases características e os gases nobres

Balão

Gases características e os gases nobre,  é um post que trata de substâncias, que apesar de invisiveis, influenciam diretamente em nossas vidas. Dessa forma, gases são compostos moleculares que possuem características como a grande compressibilidade e a capacidade de se expandirem. Além disso, esta classe de compostos não possui volume fixo, são miscíveis entre si e em qualquer proporção.

Embora, não possamos vê-los, os gases estão presentes em aspectos importantes de nossa vida. Nós respiramos oxigênio e eliminamos gás carbônico, ao contrário das plantas, que realizam o processo inverso na fotossíntese, isto é, absorvem o dióxido de carbono presente no ar e liberam oxigênio. Então, o ar é uma mistura gasosa composta principalmente de gás nitrogênio (cerca 80%) e de oxigênio (cerca de 19%). O gás metano (CH4) é o principal constituinte do gás natural que é usado como fonte de energia. O ozônio (O3) é um gás presente na camada de ozônio que fornece uma proteção contra os raios ultravioleta do Sol. Os gases butano e propano compõem o gás de cozinha que usamos para preparar alimentos.

Os gases são responsáveis por alguns problemas ambientais. Os óxidos de nitrogênio e dióxido de carbono, por exemplo, que são lançados na atmosfera por meio da queima de combustíveis fosseis. Portanto, esses gases juntamente com outros com metano são responsáveis pelo aquecimento global.

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Gases nobres

 

Os Estados da Matéria

A princípio, o termo estado pode ser definido como um conjunto de condições que descrevem uma pessoa ou coisa em um determinado momento. É neste sentido da palavra que os cientistas dividem, sobretudo,  a matéria nos três estados mostrados na figura abaixo.

Estado da matéria
Os três estados da matéria têm propriedades características. Os sólidos têm uma forma distinta. Quando eles derretem, o líquido resultante se ajusta ao formato de seu recipiente. Os gases se expandem para encher seus recipientes.

Elementos ou compostos que são gases à temperatura ambiente

Antes de examinar as propriedades químicas e físicas dos gases, pode ser útil perguntar: Que tipos de elementos ou compostos são os gases à temperatura ambiente? Então, para ajudar a responder a essa pergunta, uma lista de alguns compostos comuns que são gases em temperatura ambiente é fornecida na tabela abaixo.

Elemento ou compostoMassa molecular(g/mol)
H2 (hidrogênio)2.02
He (hélio)4
CH4 (metano)16.04
NH3 (amônia)17.03
Ne (neônio)20.18
HCN (ácido cianídrico)27.03
CO (monóxido de carbono)28.01
N2 (nitrogênio)28.01
NO (óxido de nítrico)30.01
C2H6 (etano)30.07
O2 (oxigênio)32
PH3 (fosfina)34
H2 S (sulfeto de hidrogênio)34.08
HCl (ácido clorídrico)36.46
F2 (flúor)38
Ar (argônio)39.95
CO2 (dióxido de carbono)44.01
N2 O (óxido de nitroso)44.01
C3H8 (propano)44.1
NO2 (dióxido de nitrogênio)46.01
O3 (ozônio)48
C4H10 (butano)58.12
SO2 (dióxido de enxofre)64.06
BF3 (trifluoreto de boro)67.8
Cl2 (cloro)70.91
Kr (criptônio)83.8
CF2Cl2 (diclorodifluorometano)120.91
SF6 (hexafluoreto de enxofre)146.05
Xe (xenônio)131.3

Gases comuns à temperatura ambiente

Os gases comuns à temperatura ambiente incluem ambos os elementos (por exemplo, H2 e O2) e compostos (por exemplo, CO2 e NH3). Os elementos que são gases à temperatura ambiente são todos não metais (por exemplo, He, Ar, N2, O2 e assim por diante). Os compostos que são gases à temperatura ambiente são todos compostos covalentes (por exemplo, CO2, SO2 e NH3) que contêm dois ou mais não metais. Então, com raras exceções, esses gases têm pesos moleculares relativamente pequenos. Dessa forma, os compostos que consistem em moléculas covalentes relativamente leves são mais prováveis de serem gases à temperatura ambiente.

Característica dos gases

Todos os gases possuem as seguintes características principais:

  • Massa: todos os gases possuem massa.
  • Volume: o volume dos gases não é fixo porque é sempre igual ao volume do recipiente que os contém.
  • Dilatação e compressão: Com o aumento da temperatura e/ou diminuição da pressão, o gás dilata-se (expande-se). Por outro lado, com um abaixamento da temperatura e/ou aumento da pressão, ele contrai (é comprimido).
  • Forças sobre as paredes de um recipiente: Os gases que estão se movimentando chocam-se com as paredes do recipiente que os contém, exercendo uma pressão. Os choques ocorrem de forma perfeitamente elástica; ou seja, sem variação da energia mecânica total; ou seja, a temperatura do gás e a do meio externo no equilíbrio se mantem constante. Os gases também se chocam de forma elástica, sem perda de energia cinética entre elas.
  • Difusão: As partículas dos gases difundem-se em outros gases; ou seja, espalham-se, movimentando-se espontaneamente em outros meios gasosos.
  • Densidade: Os gases apresentam baixa densidade porque, em comparação com os líquidos e sólidos, a mesma massa ocupa um volume muito maior.
  • Forças de atração intermolecular: O gás considerado ideal não interage com outros gases.

Gás Ideal

Sob determinadas condições, a equação de estado de um gás pode ser bastante simples. Dessa forma, um gás que apresenta essas condições é chamado de gás ideal ou gás perfeito.

As condições necessárias para que um gás seja considerado perfeito são:

  • Ser constituído por um número muito grande de partículas em movimento desordenado.
  • O volume de cada molécula ser desprezível em relação ao volume do recipiente.
  • As colisões são elásticas de curtíssima duração.
  • As forças entre as moléculas são desprezíveis, exceto durante as colisões.
  • Na verdade, o gás perfeito é uma idealização do gás real, entretanto, na prática podemos muitas vezes utilizar essa aproximação.
  • Quanto mais a temperatura de um gás se distanciar do seu ponto de liquefação e a sua pressão for reduzida, mais próximo estará de um gás ideal.

Equação geral dos gases ideais

A lei dos gases ideais ou equação de Clapeyron descreve o comportamento de um gás perfeito em termos de parâmetros físicos e nos permite avaliar, sobretudo, o estado macroscópio do gás. Ela é expressa como:

    \begin{displaymath} PV = nRT \end{displaymath}

 

P: pressão do gás (N/m2)

V: volume (m3)

n: número de moles (mol)

R: constante universal dos gases (J/K.mol)

T: temperatura (K)

Constante universal dos gases

Se considerarmos 1 mol de um determinado gás, a constante R pode ser encontrada pelo produto da pressão com o volume dividido pela temperatura absoluta.

De acordo com a Lei de Avogadro, em condições normais de temperatura e pressão (temperatura é igual a 273,15 K e pressão de 1 atm) 1 mol de um gás ocupa um volume igual a 22,415 litros. Assim, temos:

    \begin{displaymath} PV=nRT\\ 1.22,415 \end{displaymath}

    \begin{displaymath} 1.22,415=1.R.273,15 \end{displaymath}

    \begin{displaymath} R=\frac{22,215}{273,15}\end{displaymath}

    \begin{displaymath} R~0,082 \:atm\:L\:K^{-1}\:mol^{-1}\end{displaymath}

Fazendo as devidas transformações, podemos ainda expressar a constante dos gases como sendo igual a:

R = 8,314 J K-1 mol-1 ou 1,986 cal k-1 mol-1

 

Fonte:

Chemed

Brasil Escola

Manual de Química

Mundo Educação

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