ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Físico-Química
Autores
Heloisa Reis dos Santos, B. (UEPA) ; Pinto Silva, C. (UEPA) ; Lima Braga, T. (UEPA) ; Oliveira, W. (UEPA) ; Scheidegger Laia, A. (UEPA)
Resumo
O presente trabalho expõe relatos da diferença no comportamento entre os gases reais e os gases ideais através de um experimento físico-químico realizado com o auxílio de duas bexigas, uma contendo ar atmosférico, a outra contendo gás hélio (He). Inserimos as bexigas ao nitrogênio líquido, onde cada uma respondeu de maneira diferente. Cujo o volume de uma quantidade fixa de gás sob uma determinada pressão constante acaba diminuindo com a diminuição no volume com as temperaturas. O volume muda com a temperatura, quando os gases são colocados a temperaturas muito baixas, todos eles atingem volume zero, eles se liquefazem ou se solidificam acima dessa temperatura. O trabalho foi realizado com alunos matriculados no curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais com habilitação em Química.
Palavras chaves
gases reais; gases ideais; experimento
Introdução
O estudo dos gases é importante para a compreensão de fenômenos que ocorrem diariamente. A abordagem de propriedades físicas e químicas trata a respeito da atmosfera terrestre no que concerne a sua importância vital, econômica e ecológica. Os gases ideais e reais são considerados “insights”, uma vez que não é possível observar os gases em ação. A Teoria Cinética dos Gases é um modelo de comportamento das partículas dos gases em ação. Um gás é considerado ideal quando apresenta grande compressibilidade, difusibilidade, capacidade de expansão, volume, pressão e temperatura. No entanto, sua existência não é real. O gás real é aquele encontrado na natureza, porém nas condições de alta pressão e baixa temperatura. Eles interagem entre si e há interação entre suas moléculas, por esse motivo não é classificado como ideal o que expressa a diferença teórica entre os dois gases. A partir dessas considerações realizamos um experimento com o objetivo geral de mostrar a possível aproximação entre a idealização e a realidade de um gás real e ideal, prevendo através da Lei de Charles o quanto a bexiga encolhe e utilizando a equação de Van der Waals para justificar o desvio que acontece no conceito de gás ideal no momento em que é submetido a 77 ºK. Além disso, é exposto também a densidade dos gases.
Material e métodos
O experimento veio através do estudo da Segunda Lei da Termodinâmica, as propriedades dos gases. Para o experimento utilizamos uma placa de isopor, um recipiente de alumínio, uma pinça metálica, um litro de nitrogênio, duas bexigas, uma bomba de ar, gás hélio, ar que respiramos e uma luva de couro. A data da realização do experimento e o local, respectivamente, ocorreram nos dias 31 a 02 de junho de 2016 na Universidade Estadual do Pará, localizada na Avenida Hileia localizada no INCRA/Amapá. O método utilizado foi o experimento em laboratório envolvendo os gases He e ar atmosférico, realizado e descrito também no livro XXXXX. O mesmo consiste basicamente em imergir as duas bexigas contendo diferentes gases e verificar o comportamento do gás depois da imersão em nitrogênio líquido.
Resultado e discussão
A análise do ato de arrefecimento da bexiga contendo ar no qual há
diminuição da temperatura e volume da bexiga permite identificar a queda de
energia cinética média das partículas de gás reduzindo o volume, já que são
diretamente proporcionais. Esse resultado gera a seguinte discursão: Por que
o ar, considerado termodinamicamente um gás ideal, sofre um desvio no
conceito de gás ideal, aparentando um gás real em condições de temperatura
de 77 ºK?
Em pressões atmosféricas na faixa de 15atm (cerca de 1,5 Mpa) se comporta
como um gás ideal. Matematicamente o ar em geral segue a seguinte equação de
estado de um gás ideal, que caracteriza seu comportamento macroscópico:
(1) P x V = n x R x T, em que: P = pressão total da mistura.
(2) N = n1 + n2 + n3 +...+... + n
Considerando os constituintes do ar atmosférica que vale ser escrita como:
(3) P = P1 + P2 + ... + Pi
A Lei das Pressões Parciais ou Lei de Dalton, expressa na equação (3) afirma
que “Em misturas de gases cada integrante exerce uma pressão parcial
proporcional à sua concentração relativa na mistura”. Portanto no ar
atmosférico a pressão parcial do vapor de água é demonstrada pela letra e,
então a equação dos gases ideais aplicada a esse componente se torna: e V =
n. R. T.
A físico-química explica através da interação de Van der Waals o
comportamento real dos gases, em que ele fez uma correção do termo pressão
considerando força de interação eletrostática entre partículas e no termo
volume onde não corresponde mais ao volume total disponível para as
moléculas.
Conclusões
Observamos o existencial de uma diferença razoável entre os gases ideias e reais, cuja bexiga contendo gás Hélio demorou a deformar-se quando imergida no recipiente com Nitrogênio liquido e quando retirada do recipiente em questão de segundos ela voltou ao seu estado normal, enquanto a bexiga contendo ar atmosférico deformou-se rapidamente ao ser imergido no recipiente com Nitrogênio liquido e demorando a voltar em sua forma quando retirada do recipiente. Observando a diminuição da temperatura e volume da bexiga permite identificar a queda de energia cinética média das partículas de gás reduz
Agradecimentos
Ao professor André Scheidegger Laia, que nos incentivou. A Universidade em ceder o espaço para elaboração do experimento e artigo.
Referências
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