Gases: propriedades, características e como caem no Enem

O planeta Terra é envolto por uma camada de gases chamada de atmosfera, a qual nos fornece substâncias importantes para a vida como conhecemos e também auxilia na proteção contra radiações danosas. Pensando nisso, o Estudo dos gases é indispensável para um bom desempenho na prova de diferentes vestibulares. 

Os gases são espécies químicas que apresentam grande mobilidade devido a separação entre suas moléculas e apresenta inúmeras características que os diferenciam dos líquidos e dos sólidos.

Características e propriedades dos gases

Como foi dito, os gases apresentam características únicas se comparados aos líquidos e aos sólidos. Algumas propriedades dos gases são extremamente importantes para que se possa entender as suas características. 

A expansibilidade é a propriedade que diz respeito à capacidade de um gás expandir e ocupar todo volume disponível. 

Em contrapartida, as substâncias gasosas também podem ser facilmente comprimidas, isto é, ocupar um volume menor que o inicial. O nome dessa propriedade é Compressibilidade. A pressão é definida como a força aplicada por um gás sob as paredes dos recipientes que o comporta.Salienta-se que a pressão pode geralmente ser medida em Pascal (Pa) ou atm. 

A densidade é resultado da razão entre a massa e o volume de uma espécie gasosa. Desse modo, como os gases apresentam um grande volume, a tendência é que a densidade gasosa seja menor se comparada à mesma espécie nos estados líquidos e sólidos. 

A difusão gasosa é dada como a capacidade de um gás se misturar a outro, o que pode acontecer mais rápido ou mais lento dependendo de algumas características químicas dos gases. Quanto maior a temperatura do sistema em que os gases se encontram, maior será sua agitação térmica, desse modo, a energia térmica tem relação direta com a cinética das moléculas dos gases. 

Os gases apresentam uma grande dilatabilidade, isto é, uma grande capacidade de dilatar ao ser aquecido.

Variáveis de estado

Para determinar as características de um gás em determinado instante, é importante conhecer algumas informações sobre ele, sendo essas chamadas de variáveis de estado de um gás. 

Uma das variáveis de estado de um gás é o volume que é definido como o espaço ocupado por um gás medido geralmente em litros e no sistema internacional em metros cúbicos (m3). 

Outra variável importante a ser trabalhada é a pressão, a qual se caracteriza por ser a medida da força que o gás exerce sobre as paredes do recipiente. A pressão geralmente é medida na unidade de atmosferas (atm) mesmo não sendo a unidade do sistema internacional. 

A temperatura mede o graus de agitação das partículas de um gás, sendo medida geralmente na escala de graus Celsius (ºC) ou na escala absoluta Kelvin (K).

Comportamento dos gases 

Os gases apresentam características bem diferentes se comparados aos outros estados da matéria. Os sólidos apresentam forma definida e volume definido, enquanto os líquidos possuem forma indefinida e volume  definido. Já as espécies no estado gasoso apresentam tanto a forma e o volume indefinidos. 

Os gases reais são aqueles que, de algum modo, destoam do comportamento previsto pelas equações das leis dos gases. Isto acontece por conta que os gases reais apresentam grande quantidade de interações entre as moléculas do gás que não são desprezadas. 

Os gases ideais são aqueles que seguem as leis volumétricas e equações voltadas para estudo dos gases justamente por serem desconsideradas as interações entre as moléculas.

Equação geral dos gases

 A equação geral dos gases, também conhecida como equação de Clapeyron, é uma expressão matemática que possibilita determinar o estado do gás ideal naquele momento. A equação de Clapeyron é definida por :

P.V = n.R.T

Onde P é a pressão, V o volume ocupado pelo gás, n é o número de mols do gás, R é a constante universal dos gases que equivale a 0,082 atm.Lmol.K  e o T é a temperatura em Kelvin. Ressalta-se que a equação geral dos gases é resultado da relação entre as variáveis de estado.

Fórmula dos gases

No estudo dos gases, além da equação geral, é possível estudar a mudança das variáveis de estado quando se mantém uma delas constante. A lei de Boyle estuda a relação entre a pressão e o volume mantendo-se a temperatura constante. Ao se fazer essa análise observou-se que essas duas grandezas são inversamente proporcionais, logo matematicamente é possível afirmar que:

P1.V1 = P2.V2

Onde o índice 1 representa o estado inicial e o índice 2 representa o estado final. A lei de Gay-Lussac estuda a relação entre volume e a temperatura mantendo-se a pressão constante. Através dessa lei é possível verificar que quanto maior a temperatura de um sistema gasoso, maior será a expansão do gás, isto é, maior o volume ocupado. Desse modo, Volume e temperatura são diretamente proporcionais sendo a lei matematicamente resumida na equação:

Onde o índice 1 representa o estado inicial e o índice 2 representa o estado final. A lei de Charles estuda a relação entre pressão e temperatura mantendo-se o volume constante. Através de experimentos, verificou-se que, com o aumento da temperatura, a expansão do gás aumenta, sendo o volume fixo, a pressão exercida sobre o recipiente aumenta, isto é, aumenta-se também a pressão. Desse modo, verifica-se que a pressão e o volume são diretamente proporcionais seguindo a seguinte equação:

Onde o índice 1 representa o estado inicial e o índice 2 representa o estado final

Estudo de gases para o Enem

Para os candidatos que vão prestar o vestibular do Enem, é importante se atentar aos estudos dos gases, pois é um assunto pertinente na área de química e física. Desse modo, entender o que são gases e suas propriedades é de suma importância para um bom desempenho. Vale a pena ressaltar que o assunto de gases no Enem pode ser cobrado associado a outros conteúdos como a separação de misturas envolvendo componentes nesse estado físico da matéria.

(ENEM 2013) 

Industrialmente é possível separar os componentes do ar, utilizando-se uma coluna de fracionamento. Com este processo, obtêm-se gases como: oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e argônio (Ar). Nesse processo o ar é comprimido e se liquefaz; em seguida ele é expandido, volta ao estado gasoso e seus componentes se separam um a um. A ordem de separação dos gases na coluna de fracionamento está baseada em qual propriedade da matéria?

a) Na densidade dos gases, ou seja, o menos denso separa-se primeiro. 

b) Na pressão parcial dos gases, ou seja, o gás com menor pressão parcial separa-se primeiro. 

c) Na capacidade térmica dos gases, ou seja, o gás que mais absorve calor separa-se primeiro. 

d) Na condutividade térmica dos gases, ou seja, o gás que mais rápido absorve calor separa-se primeiro. 

e) Na temperatura de ebulição dos gases, ou seja, o gás com menor temperatura de ebulição separa-se primeiro.

GABARITO: E