O que são gases ideais?
Os gases ideais ou perfeitos são modelos idealizados em que todas as partículas ou moléculas dos gases colidem-se de modo perfeitamente elástico e então não há nenhuma interação entre elas, ou seja, não há forças atrativas ou repulsivas entre as partículas.
Além disso, os gases ideais não ocupam espaço e o seu estudo é importante pois a maior parte dos gases reais comportam-se como ideais em condições específicas de baixa pressão e alta temperatura. Por isso, eles podem ser caracterizados por meio de três variáveis como: pressão, volume e temperatura.
Quais são as principais características de um gás ideal?
Para entender as características de um gás ideal, podemos, a princípio, estabelecer o que são os gases. O gás é um estado físico da matéria e corresponde a qualquer substância que se encontre no estado gasoso. Por isso, não apresentam forma definida e podem possuir qualquer forma. As partículas dos gases estão mais distantes uma das outras do que em estado líquido ou sólido e se movimentam com grande velocidade.
Diante dessas características, podemos estabelecer as características dos gases ideais.
Assim, os gases ideais são adimensionais e por isso, apresentam um tamanho desprezível e se movimentam em alta velocidade e de forma desordenada. Como mencionado, as partículas não apresentam interações atrativas ou repulsivas em que a única interação é a colisão perfeitamente elástica, ou seja, não há perda de energia cinética entre esses choques. Além disso, a energia interna desse gás é sempre igual à soma da energia cinética das suas partículas.
Outra característica marcante dos gases ideais é que qualquer um deles sempre terá o mesmo número de partículas para um mesmo volume. Sendo assim, 1 mol do gás ideal (6*1023 partículas) apresenta um volume de 22,4 L a pressão de 1 atm. No entanto, a massa dependerá da massa molar de cada um deles.
Diferentemente dos gases reais, os gases ideais não se condensam em contato com a superfície de temperatura mais baixa. Por definição, os gases reais são os gases que possuem colisões inelásticas entre as partículas mas em regimes de baixa pressão e elevadas temperaturas, podem se comportar como ideais.
Energia interna do gás ideal
A energia interna do gás ideal pode ser calculada considerando o produto entre a constante de Boltzmann e também a temperatura termodinâmica. Por meio da teoria cinética dos gases, tem-se que as partículas dos gases ideais deslocam-se com uma velocidade diretamente proporcional ao módulo da sua temperatura absoluta e assim, quanto maior a temperatura, maior a energia cinética média das suas partículas.
Ec = 3/2 * KBT
KB – constante de Boltzmann (KB = 1,38*10-23 J/K)
Qual é a Lei dos gases?
A Lei dos gases refere-se às mudanças de estados sofridas pelos gases ideais. Essas transformações gasosas foram descritas por leis criadas por cientistas entre os séculos XVII e XIX. Essas leis permitiram o estudo sobre os gases e suas propriedades, principalmente, em relação ao volume, pressão e temperatura.
Lei de Boyle
Pela Lei de Boyle, tem-se que em uma transformação isotérmica dos gases ideais, a pressão e o volume de um gás são inversamente proporcionais entre si. Assim, o produto entre eles é uma constante.
PV = K (constante)
Onde:
P – pressão da amostra
V – volume da amostra
K – constante de temperatura (depende do gás, da temperatura e da massa)
Lei de Gay-Lussac
No caso da Lei de Gay-Lussac apresentada pelo físico-químico francês, Joseph Louis Gay-Lussac, analisa-se o comportamento dos gases ideais em uma transformação isobárica que é quando a pressão do gás é constante. Desse modo, a temperatura e o volume são diretamente proporcionais em que a razão entre eles é constante.
V = KT
Onde:
V – volume da amostra do gás
T – temperatura da amostra
K – constante da pressão (isobárica)
Lei de Charles
No caso da Lei de Charles considera-se o comportamento dos gases perfeitos por meio da transformação isométrica (ou isocórica) que corresponde ao volume constante do gás. Assim, as outras grandezas, pressão e temperatura são diretamente proporcionais.
P = KT
Onde:
P – pressão da amostra do gás
T – temperatura da amostra
K – constante do volume (depende da natureza do gás, do volume e da massa)
Lei geral dos gases perfeitos
A Lei geral dos gases ideais relaciona os estudos mencionados anteriormente: Boyle, Gay-Lussac e de Charles e juntos formam a base para a explicação do comportamento dos gases perfeitos sendo a Lei que relaciona o estado termodinâmico inicial do gás (P1, V1 e T1) com o seu estado final (P2, V2 e T2)após uma transformação gasosa. Sendo assim, a Lei dos gases ideais descreve o estado termodinâmico de um gás ideal por meio de três variáveis: pressão (P), temperatura (T) e volume (V). Essa relação é estabelecida pela Equação Geral dos Gases Perfeitos:
P1V1/T1 = P2V2/T2
Desse modo, de acordo com essa lei, o produto entre pressão e volume dividido pela temperatura em kelvin do gás é sempre constante. Essa constante é descrita pela Equação de Clapeyron:
PV/T = nR
PV = nRT
Onde,
R – constante universal dos gases perfeitos (0,082 atm.L/ mol.K ou 8,31 J/ mol.K)
n – número de mols
