26 C-\PtruLO UM

Textos e fontes de dados e deinformações

lH. Dymond and E.B. Smith, The viria!coeffidents of pure gases and mixtures. OxfordUniversity Press (1980).

A.D. McNaught and A. Wilkinson,

Compendium of chemica! terminology.Blackwell Scientific; Oxford (1997).

J.O. Hirschfelder, c.P. Curtiss, and R.B. Bird,The mo!ecu/ar theory of gases and liquids. Wiley,New York (1954).

I.M. Mills (ed.), Qjlantities, units, and symbolsin physical chemistry. Blackwell Scientific,

Oxford (1993).

B.W. Rossiter and R.C. Baetzgold (ed.) Physical

methods of chemistry, VI. Wiley-Interscience,New York (1992).

A.J. Walton, Three phases ofmatter. OxfordUniversity Press (1983).

Questões teóricas1.1 (a) Explique como as experiências de Boyle, Charles

(e outros) e Avogadro levaram à formulação daequação de estado do gás perfeito.

1.1 (b) Explique o termo "pressão parcial" e explique porque a lei de Dalton é uma lei limite.

1.2 (a) Explique como o fator de compressibilidade variacom a pressão e com a temperatura. Descrevacomo, através do fator de compressibilidade, po­demos ter informações sobre as interações inter­moleculares nos gases reais.

1.2 (b) Qual é o significado das coordenadas críticas?

1.3 (a) Descreva a formulação da equação de van der Wa­aIs e sugira uma demonstração racional que condu­za a uma outra equação presente na Tabela 1.6.

1.3 (b) Explique como a equação de van der Waals levaem conta o comportamento crítico.

Exercícios numéricos

1.4 (a) Uma amostra de ar ocupa 1,0 L a25 °C e 1,00 atm.Que pressão é necessária para comprimi-Ia a 100cm3, nessa temperatura?

1.4 (b) Uma amostra de dióxido de carbono gasoso ocupa2,0 dm3 a 20°C e 104 kPa. Que pressão é necessá­ria para comprimi -Ia a 250 cm3, nessa temperatura?

1.5 (a) (a) Seria possível que uma amostra de 131 g dexenônio gasoso, num vaso de volume igual a 1,0L, exercesse uma pressão de 20 atm, a 25°C, se oseu comportamento fosse de um gás perfeito? Emcaso negativo, qual seria a pressão do gás? (b) Quepressão teria o xenônio se ele fosse um gás de vander Waals?

1.5 (b) (a) Seria possível que uma amostra de 25 g de argô­nio gasoso, num vaso de volume igual a 1,5 L, exer­cesse uma pressão de 2,0 bar, a 30°C, se o seu com­portamento fosse de um gás perfeito? Em caso nega­tivo, qual seria a pressão do gás? (b) Que pressão te­ria o argônio se ele fosse um gás de van der Waals?

1.6 (a) Um gás perfeito sofre uma compressão isotérrnicaque reduz de 2,20 L o seu volume. A pressão final

do gás é 3,78 X 103 torr e o volume final é 4,65 L.Calcule a pressão inicial em (a) torr e (b) atm.

1.6 (b) Um gás perfeito sofre uma compressão isotérrnicaque reduz de 1,80 dm3 o seu volume. A pressão fi­nal do gás é 1,48 X 103 torr e o volume final é 2,14dm3• Calcule a pressão inicial do gás em (a) torr e(b) bar.

1.7 (a) A que temperatura deve ser resfriada, a partir de 25°C, uma amostra de 1,0 L de um gás perfeito a fimde que seu volume fique reduzido a 100 cm3?

1.7 (b) A que temperatura deve ser resfriada, a partir de 35°C, uma amostra de 500 mL de um gás perfeito afim de que seu volume fique reduzido a 150 cm3?

1.8 (a) Um pneu de automóvel foi cheio até a pressão de241b in-2 (1,00 atm = 14,7lb in-2) num dia em quea temperatura era de - 5 0e. Qual será a pressão no

pneu num dia em que a temperatura estiver em 35°C, na hipótese de não haver fuga do ar e de o vo­lume ser constante? Que complicações devem serlevadas em conta na prática?

1.8 (b) Uma amostra de hidrogênio gasoso tem a pressãode 125 kPa na temperatura de 23 0e. Qual a pres­são do gás na temperatura de 11°C?

1.9 (a) Uma amostra de 255 mg de neônio ocupa 3,00 L a122 K. Use a lei do gás perfeito para calcular a pres­são do gás.

1.9 (b) Para o aquecimento de uma casa, consomem-se4,00 X 103 m3 de gás natural por ano. Admita queo gás seja o metano, CH4, e que se comporta comoum gás perfeito nas condições deste problema, quesão 1,00 atm e 20°C. Qual a massa de gás consu­mida?

1.10 (a) Numa experiência para determinar um valor exatoda constante dos gases perfeitos, R, um estudanteaqueceu um vaso de 20,000 L, cheio com 0,25132g de hélio gasoso, a 500°C, e mediu a pressão nummanômetro de água, a 25°C, encontrando 206,402cm de água. A densidade da água, a 25°C, é0,99707 g cm-3• Calcule o valor de R a partir des­ses dados.

1.10 (b) Os seguintes dados foram obtidos para o oxigênioa 273,15 K. A partir deles calcule o melhor valorda constante dos gases R e também o melhor valorda massa molar do O2,

y:;::':':'-::;---',,\

1.11 (a)) A 500 DC e 699 torr, a densidade do vapor de en­"---'_'00"/ xofre é 3,71 g L-I. Qual a fórmula molecular do

3"'--------' enxofre nessas condições?(/ \ \1.11 (b)A 100 DC e 120 torr, a densidade do vapor de fós­'---_0.0_ ""foro é 0,6388 kg m-3. Qual a fórmula molecular do

fósforo nessas condições?

1.12 (a) Calcule a massa de vapor de água presente numasala de 400 m3, com ar a 27 DC, num dia em que aumidade relativa é 60%.

1.12 (b) Calcule a massa de vapor de água presente numasala de 250 m3, com ar a 23 DC, num dia emque a

~~umidade relativa é 53%.

(Í.Í3 (a) /A densidade do ar, a 740 torre 27 DC, é 1,146 g L -I.'----------/ Calcule a fração molar e a pressão parcial do nitro­gênio e do oxigênio admitindo (a) que o ar é cons­tituído exclusivamente por estes dois gases e (b) queo ar contém, também, 1,0% molar de Ar.

1.13 (b) Uma mistura gasosa é constituída por 320 mg demetano, 175 mg de argônio e 225 mg de neônio. Apressão parcial do neônio, a 300 K, é 66,5 torroCalcule (a) o volume dâ mistura e (b) a pressão totalda mistura.

1.14 (a) A densidade de um certo composto gasoso é ],23 gL -I, a 330 K e 150 torro Qua] a massa molar docomposto?

1.14 (b) Numa experiência para a determinação da massamolar de um gás, confinou-se uma amostra do gásnum balão de vidro de 250 c'm3, sob pressão de 152

torr e a 298 K. A massa do gás, corrigida do efeitodo empuxo do ar, foi 33,5 mg. Qual a massa molar

~::c.. do gás?/''1.15 (arA densidade do ar a -85 DC é 1,877 g L-I, a ODC

/'é 1,294 g L-I e a 100 DC é 0,946 g L-I. Com estes,----....-- dados, e com a hipótese da validade da lei de Char-

les, determine um valor para o zero absoluto de

temperatura em graus Celsius.

1.15 (b) Uma amostra de certo gás tem o volume de 20,00L a O DC e 1,000 atm. O gráfico dos dados experi­mentais do volume desta amostra contra a tempe­ratura Celsius, 8, a pressão p constante, é uma retacom o coeficiente angular igual a 0,0741 L eq-J.

p/atmV..f(L moI-I)p/(g L-I)

0,75000029,9649

1,07144

0,500 00044,8090

0,714110

0,250 00089,63840,356 975

As PROPRIEDADES DOS GASES 27

Estime, exclusivamente com estes dados (sem usar

~ a lei dos gases perfeitos), o zero absoluto de tem-/ peratura em graus Celsius.r

1.16 (a) Calcu]e a pressão exercida por 1,0 moI de C2~' com-0, _/portando-se como: (a) um gás perfeito, (b) um gás

de van der Waals, quando está confinado nas seguin­

tes condições: (i) a 273,15 K em ;J~~ a ]000K em 100 cm3. Use os dados da\!abe]a 1.5.

1.16 (b) Calcule a pressão exercida por 1,0 moI de H2S, com­portando-se como: (a) um gás perfeito, (b) um gásde van der Waa1s, quando está confinado nas seguin­tes condições: (i) a 273,15 Kem 22,414 L, (ii) a500K em 150 cm3. Use os dados da Tabela 1.5.

1.17 (a) Estime as coordenadas críticas de um gás que temas seguintes constantes de van der Waals: a = 0,751atm U mo]-2 e b = 0,0226 L moI-I.

1.17 (b) Estime as coordenadas críticas de um gás que temas seguintes constantes de van der Waals: a = 1,32atm U mo]-2 e b = 0,0436 L moI-I.

1.18 (a) Um gás a 250 K e 15 atm tem volume molar 12%menor do que o calculado pela lei dos gases perfei­tos. Calcule (a) o fator de compressibilidade nes­tas condições e (b) o volume molar do gás. Queforças são dominantes no gás, as atrativas ou asrepulsivas?

1.18 (b) Um gás a 350 K e 12 atm tem o volume molar 12%maior do que o calculado pela lei dos gases perfei­tos. Calcule (a) o fator de compressibi]idade nes­tas condições e (b) o volume molar do gás. Queforças são dominantes no gás, as atrativas ou asrepulsivas?

1.19 (a) Num processo industrial, o nitrogênio é aquecido a500 K num vaso de volume constante igual a 1,000m3• O gás entra no vaso a 300 K e 100 atm. A massado gás é 92,4 kg. Use a equação de van der Waalspara determinar a pressão aproximada do gás na tem­peratura de operação de 500 K. Para o nitrogênio,a = 1,408 U atmmol-2 e b = 0,0391 L moI-I.

1.19 (b) Os cilindros de gás comprimido são cheios, noscasos comuns, até a pressão de 200 bar. Qua] seriao volume molar do oxigênio, nesta pressão e a 25

DC, com base na equação (a) dos gases perfeitos e(b) de van der Waals? Para o oxigênio, a = 1,364U atm mol-2 e b = 3,19 X 10-2 L moI-I.

1.20 (a) A densidade do vapor de água a 327,6 atm e 776,4K é 133,2 g dm-3. (a) Determinar o volume molar.Vm' do vapor de água e o fator de compressibi1ida­de, Z, a partir destes dados. (b) Calcule Z pela equa­ção de van der Waals com a = 5,464 U atm mo]-=e b = 0,0305 L moI-I.