Propriedades dos gases

Com base na observação de vários fenômenos é possível elaborar um modelo científico, ou seja, uma representação do mundo real que nos permita compreender o comportamento dos gases e, de forma geral, da matéria, para isso é necessário o estudo das propriedades dos gases, comecemos com a compressibilidade.

Compressibilidade dos gases

Se você considerar que tanto a água quanto o ar são formados por partículas - no caso, moléculas-, você já tem aqui o esboço de um modelo científico, ou seja, uma representação da realidade. Imagine agora partículas sendo comprimidas. É possível comprimir mais as moléculas do gás porque há mais espaços vazios entre elas (veja um experimento sobre compressibilidade na sessão Experimentos).

Isso nos leva à primeira conclusão:

As moléculas dos gases estão bastante afastadas uma das outras.

Análise do estado da matéria e a organização da matéria em nível macroscópico e microscópico. Percebam que as partículas em cada estado organizam-se de maneira diferente, sendo da esquerda para a direita: sólido, líquido e gasoso.

Usando esse modelo, podemos representar os três estados de agregação da matéria por partículas. No estado gasoso (A), elas estão muito afastadas. Nos estados sólido (C) e líquido (B) as partículas estão mais próximas umas das outras, sendo que, no primeiro, elas estão mais organizadas que no estado líquido. Com este modelo é possível explicar por que os líquidos e gases possuem formas variáveis, enquanto sólidos possuem forma fixa. Podemos ver esses três estados de agregação na figura abaixo:

Modelo representando os constituintes de um material em diferentes estados físicos:
A) No estado gasoso, esses constituintes possuem uma liberdade maior em relação aos outros estados físicos.
B) No estado líquido, esses constituintes estão muito próximos, mas de forma desorganizada.
C) No estado sólido, os constituintes se apresentam muito próximos.

 

Difusão dos gases

Já parou para pensar como é possível sentirmos o cheiro de um perfume?

Isso só é possível, porque as moléculas dos gases têm ampla liberdade de movimento. Essa propriedade explica o odor dos perfumes: as suas moléculas se espalham rapidamente pelo ar e sentimos o aroma porque alguma delas chegam ao nosso nariz. Isto porque, como as partículas de perfume derivam para fora do frasco, as moléculas de gás no ar colidem com as partículas e, gradualmente, distribuem por todo o ar. Difusão de um gás é o processo em que partículas de um gás estão espalhados por entre outros gases por movimento molecular. Veja a animação abaixo.

Mas nem todos os gases difundem na mesma taxa. A figura acima mostra o perfume como sendo composto por todas as mesmas moléculas. Mas, na realidade, o perfume seria composto por diferentes tipos de moléculas: algumas moléculas maiores, mais densas e mais pequenas, outras moléculas mais leves. Thomas Graham, um químico escocês, descobriu que os gases leves difundem a uma taxa muito mais rápida do que os gases pesados. Lei de Graham de difusão mostra a relação entre a difusão e as densidades dos gases. Graham encontrou que a velocidade de difusão de um gás através de um outro é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade do gás.

Relacionando as massas molares temos:

Considere hidrogênio e oxigênio. A massa molar do hidrogênio é de cerca de 1,0 grama/mol e a massa molar de oxigênio é de cerca de 16 gramas/mol. Se inserir estes valores na equação acima, obtém que a taxa de difusão para o hidrogênio é 1 e a taxa de difusão de oxigênio é de 1/4. Isto significa que o hidrogênio se difundirá quatro vezes mais rapidamente do que o oxigênio.

Portanto podemos chegar a mais uma conclusão:

As moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, elas podem se expandir, ocupando todo volume do recipiente.

Efusão dos gases

Efusão é a propriedade que os gases têm de passar através de pequenos orifícios. 

Por exemplo, um balão preenchido de gás hélio com o passar do tempo acaba murchando. Isso ocorre porque o balão é constituído de paredes com pequenos orifícios ou poros, pelos quais o gás passa.

Expansibilidade dos gases

A expansibilidade decorrente de variações de temperatura é outra importante propriedade dos gases.

Sabe-se que um corpo em movimento possui energia cinética. Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho, ou seja, de produzir uma força para deslocar um corpo.

As moléculas gasosas estão em constante movimento, ou seja, possuem energia cinética. Podemos dizer que a temperatura está associada a energia cinética. Quanto maior for a temperatura de um gás, maior será a energia cinética e a velocidade de suas partículas gasosas e, consequentemente, maior será o volume ocupado, ou seja, maior será a expansão. Observem a figura abaixo. 

Temos um balão cheio, mas ao colocar nitrogênio líquido ele começa a murchar, ou seja, ao diminuirmos a temperatura as partículas de gases no interior do balão perdem velocidade, consequentemente ocorre uma diminuição do volume do balão. Daí podemos chegar à seguinte conclusão:

Quanto maior a temperatura, maiores serão a energia cinética e a velocidade das partículas gasosas.

Para aprender mais sobre as propriedades dos gases clique na figura abaixo.

Nesse simulador você bombeia moléculas de gás em uma caixa, podendo acompanhar alteração do volume, adicionando ou removendo o calor, muda a gravidade, e muito mais. É possível medir a temperatura e a pressão, e descobrir como as propriedades do gás variam entre si.

Fonte:

Química cidadã: materiais, substâncias, constituintes, química ambiental e suas implicações sociais, volume 1: ensino médio / Wildson Luiz Pereira dos Santos, Gerson de Souza Mól, (coords.). - 1. ed. - São Paulo: Nova Geração, 2010. - (Coleção química para a nova geração)

Atkins, P. W. (Peter William), 1940 - Atkins, físico-química, v.2/ Peter Atkins, Julio de Paula.