Conteúdos

Este roteiro de estudos interdisciplinar de física e química, apresenta um caminho para que se possa, de forma introdutória e conceitual, compreender quais características um gás precisa ter para ser considerado ideal, em que circunstâncias pode-se tratar um gás real como ideal, e quais são as grandezas físicas necessárias para descrever o comportamento (estado termodinâmico) de um gás ideal. O material também conta com algumas sugestões de vídeos (possibilitando uma ampliação e aprofundamento em determinados tópicos), e exercícios resolvidos.

● O que é um gás ideal?
● Lei dos Gases Ideais.

Objetivos

● Compreender o que é um gás Ideal;
● Compreender a Lei dos Gases Ideais; e
● Compreender quais são as grandezas físicas envolvidas na Lei dos Gases Ideais.

Estude também:

Estudar em casa: balanceamento de equações químicas

Estudar em casa: evolução do modelo atômico

Palavras-chave:

Gases ideais. Lei dos Gases Ideais. Pressão. Temperatura. Volume. Constante Universal dos Gases Ideais.

Proposta de trabalho:

O objetivo deste roteiro é auxiliar nos estudos em casa ou em outro ambiente. Nesse sentido, apresenta um percurso com textos-base e algumas propostas de atividades, e, no final, há outros textos e vídeos que podem ajudar a compreender melhor o tema em questão.
Não é necessário fazer todas as etapas, ler todos os textos ou assistir todos os vídeos, mas as questões norteadoras, bem como as subquestões que advêm delas, ajudam na captação integral do conteúdo, bem como de seus principais conceitos.

Leia os textos propostos, sempre buscando as respostas para cada uma das perguntas. Se aparecerem mais dúvidas ao longo da leitura, aproveite para fazer anotações em seu caderno e aumentar ainda mais sua pesquisa. Após as leituras de cada um dos textos, escreva um parágrafo resumindo seu aprendizado.

1ª Etapa: O que é um Gás Ideal?

gás ideal
O Gás Ideal é formado por partículas puntiformes (de tamanho desprezível), que não interagem entre si. (crédito: reprodução/ Brasil Escola)

Pergunta norteadora:

1) O que é um gás ideal?

Gás ideal – Brasil Escola
HELERBROCK, Rafael. “Gás ideal”; Brasil Escola
Acesso em 18 de julho de 2021.

A partir da leitura do texto acima, responda às seguintes perguntas:

1- Que tipo de colisão ocorre entre as partículas que compõem um gás ideal?
2- Como é o movimento de tais partículas?
3- Existe algum tipo de interação entre as partículas de um gás ideal?
4- Quantas partículas existem em 1 mol de um gás ideal?
5- Qual é o volume ocupado por 1 mol de um gás ideal?
6- Quais são as Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) para a Terra?
7- O vapor de água pode ser considerado um gás ideal?
8- Em quais regimes os gases reais se comportam como gases ideais?

Para saber mais, assista:

Modelo de um Gás Ideal – TERMOLOGIA – Chama o Físico
Acesso em 6 de agosto de 2021.

Gabarito da 1ª etapa:

1- Colisões perfeitamente elásticas.
2- Movimento caótico.
3- As partículas que formam um Gás Ideal não interagem entre si.
4- 1 mol = 6,02×10^23 partículas.
5- Volume = 22,4 [litros].
6- Temperatura=273,15 K ou 0 °C;
Pressão=1atm.
7- Não pode ser considerado, pois apresenta uma interação significativa entre suas partículas, e pode se condensar.
8- Em regimes de altas temperaturas e baixas pressões.

2ª Etapa: Lei dos Gases Ideais

balões gases
(crédito: reprodução/ Manual da Química)

Matematicamente, pode-se escrever a Lei dos Gases Ideais da seguinte forma:

Pergunta norteadora:

1) O que nos diz a Lei dos Gases Ideais?

Gás Ideal – Mundo Educação – Rafael Helerbrock
Acesso em 6 de agosto de 2021.

A partir da leitura do texto acima, responda às seguintes perguntas:

1- Um gás ideal pode se condensar?
2- De acordo com a Teoria Cinética dos Gases, como as grandezas físicas das partículas de um gás ideal (velocidade e temperatura) se relacionam?
3- A partir de quais variáveis (grandezas físicas) é possível descrever um estado termodinâmico de um gás ideal?

Para saber mais, assista:

Lei dos Gases Ideais PV = nRT – gusalberto8
Acesso em 6 de agosto de 2021.

Gabarito da 2ª etapa:

1- O gás ideal não pode se condensar.
2- Diretamente proporcionais, ou seja, quanto maior a temperatura das partículas que formam o gás ideal, maior será a sua energia cinética (velocidade).
3- Temperatura (T) → no SI em Kelvin[K];
Pressão (P) → no SI em Pascal [Pa]; e
Volume (V) → no SI em metros cúbicos [m^3].

3ª Etapa: Cheque seus conhecimentos

Realizar questões de vestibular e do ENEM é um excelente exercício durante estudo autodirigido, pois essas questões são seguidas de gabarito, mesmo quando são dissertativas. Abaixo, alguns exemplos de questões sobre o tema estudado:

1) Se dois mols de um gás, à temperatura de 27 ºC, ocupam um volume igual a 57,4 litros, qual é, aproximadamente, a pressão desse gás? (Adote R = 0,082 atm.L/mol.K).
a) ≈ 0,76 atm
b) ≈ 0,86 atm
c) ≈ 1,16 atm
d) ≈ 8,16 atm
e) ≈ 0,66 atm

Resposta: B

Resolução: Primeiramente devemos retirar todos os dados fornecidos pelo exercício, para posteriormente resolvê-lo. Sendo assim, temos:

Substituindo as informações na equação de Clapeyron, temos:

Disponível em: Brasil Escola . Acesso em: 18 de julho de 2021).

2) Qual é o volume molar de um gás que está submetido à pressão de 3 atm e à temperatura de 97 ºC?
a) V = 10,1 L
b) V = 1,01 L
c) V = 13,56 L
d) V = 10,99 L
e) V = 11 L

Resposta: A

Resolução: Como o exercício pede o volume molar de um gás, podemos fazer uso da equação de Clapeyron, portanto temos:

(Disponível em: Brasil Escola. Acesso em: 18 de julho de 2021).

3) (Vunesp-SP) À que temperatura se deveria elevar certa quantidade de um gás ideal, inicialmente a 300 K, para que tanto a pressão como o volume se duplicassem?
a) 1200 K
b) 1100 K
c) 900 K
d) 800 K
e) 700 K

Resposta: A

Resolução: À temperatura de 300 K, temos:

Para a temperatura que devemos achar, temos:

Relacionando os valores através da Lei Geral dos Gases, temos:

(Disponível em: Brasil Escola . Acesso em: 18 de julho de 2021).

4) (UFPR) Um cilindro com dilatação térmica desprezível possui volume de 25 litros. Nele estava contido um gás sob pressão de 4 atmosferas e temperatura de 227 ºC. Uma válvula de controle do gás do cilindro foi aberta até que a pressão no cilindro fosse de 1 atm. Verificou-se que, nessa situação, a temperatura do gás e do cilindro era a ambiente e igual a 27 ºC.
(Considere que a temperatura de 0 ºC corresponde a 273 K)
Assinale a alternativa que apresenta o volume de gás que escapou do cilindro, em litros.
a) 11,8.
b) 35.
c) 60.
d) 85.
e) 241.

Resposta: B

Resolução:
Para o momento antes da abertura da válvula, podemos escrever que:

Após a abertura da válvula, teremos que:

Com a lei geral dos gases, podemos encontrar o volume ocupado pelo gás após a abertura da válvula.

O volume ocupado pelo gás à pressão de 1 atm é de 60 L. Como o volume total do cilindro é apenas 25 L, podemos concluir que houve vazamento de 35 L de gás:
60 L-25 L=35 L

(Disponível em: Brasil Escola. Acesso em: 18 de julho de 2021).

5) Um gás ideal, após passar por um processo isotérmico, teve seu volume triplicado, sendo P a pressão inicial do gás e P’ a pressão final, marque a alternativa correta:
a) P = 1/3P’
b) P’ = 1/3P
c) P’ = 3P
d) P = 1,5P’
e) P = P’

Resposta: B

Resolução:
Aplicando-se a lei geral dos gases, podemos escrever que:

Como o processo é isotérmico, T=T’, e assim podemos escrever:

O volume foi triplicado, portanto:

(Disponível em: Brasil Escola . Acesso em: 18 de julho de 2021).

Roteiro de estudos elaborado pelo professor Elves Silva Moreira
Coordenação da professora Aline Monge

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