Transformações Gasosas: Conceito, Tipos e Equação de Clapeyron


Transformações gasosas

Quando uma massa constante de um gás sofre alte­rações de suas variáveis de estado, obtém-se uma trans­formação gasosa. A natureza dessas transformações é fí­sica, pois não há mudança na essência da matéria. Há quatro modos de a variação ocorrer, e cada um deles será estudado na sequência.

Transformação gasosa a temperatura constante -isotérmica

Transformações Gasosas

Esta transformação também é chamada de Lei de Boyle-Mariotte. Os cientistas, de modo experimental, comprovaram que, em uma transformação a temperatura constante, o produto entre a pressão e o volume da mas­sa gasosa é constante. Matematicamente, apresenta-se: P • V = constante.

Quando duas grandezas têm o produto entre si cons­tante, diz-se que elas são inversamente proporcionais. Ou seja, se em uma transformação isotérmica a pressão do­brar, o volume se reduzirá à metade.

O enunciado da Lei de Boyle-Mariotte é: Em uma transformação gasosa a temperatura cons­tante, o volume e a pressão do gás são grandezas in­versamente proporcionais.

Para a resolução de problemas, usa-se a seguinte re­lação: P. • V. = P   • V. É possível representar a transformação em um gráfi­co que relacione o volume e a pressão do gás. O gráfico apresenta a seguinte forma:

O enunciado da Lei de Charles e Gay-Lussac é: Em uma transformação gasosa a pressão constan­te, o volume e a pressão do gás são grandezas direta­mente proporcionais.

Para a resolução de problemas, usa-se a seguinte relação: Vi   . V2. É possível representar a transformação em um gráfi­co que relacione o volume e a temperatura absoluta do gás.

Exercício resolvido

Uma massa gasosa ocupa um volume de 8 litros sob uma pressão de 12 atm. Qual seria o volume necessário para reduzir a pressão a 760 mmHg sem que houvesse alteração de temperatura?

P, = 8 atm
V, = 12 i
P2 = 760 mmHg = l atm
V2 = ?

Em uma transformação isotérmica, aplicamos:
V,
P   • V  = P
V,
f l      v l
8 • 12 = l •
V2 = 96 l

Exercício resolvido

Supondo que, ao nível do mar, o volume de um ba­lão fosse de 300 litros sob temperatura de 27°C, qual seria a temperatura necessária para que ele adquirisse um volume de 200 litros, sem sofrer variação da pressão?
V, = 300 t
T, = 27 + 273 = 300 K
vl — vl

V2 = 200 l T   = 9

300 = 200 300
T2 = 200 K

Transformação gasosa a pressão constante – isobárica

Essa transformação também é chamada de primeira Lei de Charles e Gay-Lussac. Os cientistas, de modo experimental, comprovaram que em uma transformação a pressão constante, a razão entre o volume e a tempera­tura absoluta da massa gasosa é constante. Quando duas grandezas têm a razão entre si cons­tante, diz-se que elas são diretamente proporcionais. Ou seja, se em uma transformação isovolumétrica a tempe­ratura absoluta dobrar, a pressão também dobrará.

Transformação gasosa a volume constante -í só volumétrica

Esta transformação também é chamada de isocórica, isométrica ou segunda Lei de Charles e Gay-Lussac. Os cientistas, de modo experimental, comprovaram que, em uma transformação a volume constante, a razão entre a pressão e a temperatura absoluta da massa gasosa é cons­tante. Quando duas grandezas têm a razão entre si cons­tante, diz-se que elas são diretamente proporcionais.

O enunciado da segunda Lei de Charles e Gay-Lussac é: Em uma transformação gasosa a volume constan­te, o volume e a pressão do gás são grandezas diretamente proporcionais. É possível representar a transformação em um gráfi­co que relaciona a pressão e a temperatura absoluta do gás. Esse gráfico apresenta a seguinte forma.

Equação de Clapeyron

As transformações gasosas descritas anteriormente envolviam sempre massas constantes de gases. Clapeyron trabalhou experimentalmente com massas variáveis. Ele observou que a razão entre o produto da pressão pelo volume com a temperatura absoluta é diretamente pro­porcional ao número de mol do gás (n).

Exercício resolvido

Determinada amostra gasosa ocupa um volume de 2,32 litros a 10 atm e 127°C. Se a pressão for dobra­da, sem variar o volume, qual será a temperatura?
T2 = 10 400
Tj = 127°C – 400 K V = 2,32

P, = 10 atm
P, = 20 atm
T2 – 800 K

Constante de proporcionalidade (R)

Clapeyron introduziu na relação anterior uma cons­tante de proporcionalidade (R), denominada constante universal dos gases perfeitos. O valor dela depende das unidades das variáveis de estado. Seus três valores mais usados são: R = 0,082   atm ‘ i.

Transformação gasosa politrópica

Nesta transformação, ocorre a variação das três va­riáveis de estado. Os cientistas, de modo experimental, comprovaram que em uma transformação politrópica, a razão entre o produto da pressão pelo volume com a tem­peratura absoluta desse gás é constante. Matematicamen­te, apresenta-se:

Pa • m3
R = 62,3
K
R = 8,31

Para a resolução de problemas, usa-se a seguinte re­lação:

Em que:
P = pressão;
V = volume;
n = número de
R = constante;
T = temperatura absoluta.

Vale lembrar que o número de mo^ (n) é a razão en­tre a massa (m) do gás e a sua massa molar (M). Substituindo n na equação, obtém-se a expressão:
P . y = ~ R • T

Exercício resolvido

Calcule a pressão de um balão que contem 4 g de gás hidrogênio (H2), num dia em que a temperatura é de 127°C, e o volume do balão é 4,1 t.
(Dados: R = 0,082 atm • t • mol’1 • Kr1; massa molar do hidrogênio (H2) = 2,0 g • mol”1)
P = ?
V = 4,1 t
m = 4 g
M = 16 g
R = 0,082
T – 127 + 273 = 400 K
P • V = ^ • R • T M
p . 44 = JL . 0,082 • 400 16
P = 12 atm