Teoria Cinética dos Gases
Transformações Gasosas

Deixa-me ver se entendi: se eu aumentar a temperatura do gás, porém mantendo sua pressão constante, o volume também aumentará? Vou verificar mais uma vez no aplicativo abaixo, aumentando a temperatura de 0°C até 100°C.


Quando você aumentou a temperatura do gás, seu volume também aumentou. Isso foi verificado pela elevação do pistão, que estava solto e comprimia o gás com uma pressão de 1 atm (uma atmosfera).

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Nós vivemos num mar de ar. E esse ar, que tem peso, nos pressiona por todos os lados com uma pressão que depende da altitude do lugar que estamos, a pressão atmosférica. Ao nível do mar a pressão atmosférica vale 101.300 Pa (Pascais), ou 1 atm.

Sim. À temperatura de 273,15 K (0°C) o volume era de 4,48 litros, mas, quando aumentei a temperatura para 373,15 K (100°C) o volume aumentou para 6,12 litros. Notei que o gás se expandiu.

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Em Física, e em outras ciências, é conveniente usarmos a escala absoluta de temperatura, ou seja, a escala Kelvin. A temperatura de 0 K é igual a -273,15° C. E a temperatura de 273,15 K é igual a 0° C. Repare que falamos Kelvin em vez de grau Kelvin.

Porém você não notou um detalhe. Se pegarmos o primeiro volume, digo V1, e dividirmos pela temperatura naquele caso, digo T1, resultará num valor igual ao que resulta se dividirmos o segundo volume, V2, pela temperatura correspondente, T2.

É mesmo! Dividindo V1 por T1 temos 1,64·10-2, que é igual à divisão de V2 por T2. Então posso dizer que o volume é diretamente proporcional à temperatura?

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Quando trabalhamos com valores muito grandes ou muito pequenos usamos a notação científica. No exemplo acima, 1,64·10-2 é igual a 0,0164. Ou seja, 5·104 é igual a 5.000, e 5·10-3 é igual a 0,005.

Exatamente. E esta relação de proporcionalidade entre volume e temperatura, mas com a pressão constante, recebe o nome de Lei de Charles.

Lei de charles

A lei de charles diz que, numa transformação isobárica, o volume de um gás é proporcional à sua temperatura, ou seja,


Se calor é aplicado ao gás, mantendo-se a pressão constante, o volume e a temperatura serão proporcionais:

No gráfico acima podemos ver a relação entre volume e temperatura do gás no cilindro do aplicativo. Mas, veja o que acontece quando a temperatura se aproxima do zero Kelvin. O volume do gás seria zero também? Isso não ocorre, porque as moléculas do gás têm volume finito, e nunca iriam colapsar.

Xi,não entendi! Até aqui eu estava compreendendo os gases e suas transformações, mas agora você vem e diz que a Lei de charles está furada!

Não é bem assim. Os gases que estamos estudando aqui, e que pudemos experimentar no aplicativo acima, são baseados no modelo do gás ideal. Mas o que é esse tal de gás ideal? Siga-nos até a próxima aula e você descobrirá.

O Gás Ideal

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Teoria Cinética dos Gases
Transformações Gasosas (continuação)

Agora, ajuste a temperatura em 273,15 K (0°C) e prenda o pistão (chave na posição preso). Em seguida, aumente a temperatura para 373,15 K (100°C). O que aconteceu com a pressão?


Também aumentou. Passou de 1 atm para cerca de 1,37 atm. Você vai me dizer que a pressão é proporcional à temperatura? Ah, claro! Mas é porque o volume ficou constante.

Você acertou novamente. Quando se mantém o volume de um gás constante, sua pressão varia proporcionalmente com sua temperatura. Essa é a definição da Lei de charles e Gay-Lussac.

Lei de charles e Gay-Lussac

A lei de charles e Gay-Lussac afirma que, numa transformação isocórica, a pressão num gás é diretamente proporcional à sua temperatura:


Se calor é aplicado ao gás, mantendo-se o volume constante, a pressão e a temperatura serão proporcionais:

Novamente repare, no gráfico, que em 0 K a pressão iria para 0 atm. E isso não acontece com os gases reais. O gráfico acima representa a pressão em função da temperatura do gás do aplicativo.

Essa foi fácil. Mas falta uma transformação, a isotérmica. Pelo nome acho que a temperatura deve ficar constante.

Por fim, vamos estudar a transformação isotérmica. No aplicativo, ajuste a temperatura novamente para 0°C. Certifique-se que o número de moléculas continua em 0,2 moles. Agora clique no pistão e arraste-o até que a pressão atinja 3 atm. O que aconteceu?


A-rá! Ao diminuir o volume a pressão aumenta. E ao aumentar o volume a pressão diminui. Mas espera! A pressão não é proporcional ao volume!

Claro que é. Porém é uma proporcionalidade inversa, ou seja, a pressão é inversamente proporcional ao volume quando se mantém a temperatura do gás constante. Esta propriedade dos gases foi estudada por Robert Boyle e é definida pela Lei de Boyle.

Lei de Boyle

A lei de Boyle afirma que, numa transformação isotérmica, a pressão num gás é inversamente proporcional ao seu volume:


Se a temperatura do gás é mantida constante, a pressão e o volume serão inversamente proporcionais:

No gráfico podemos notar a curva que representa a compressão do gás do aplicativo. Esta curva é para uma temperatura constante (no caso 0°C) e é conhecida como isoterma. Finalmente, concluindo esta aula, convido-os a conhecerem a Equação de Estado do gás ideal na aula que se segue.

Equação de Estado

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Este material educacional foi elaborado por José Brito e seu uso é livre.