Vocês já imaginaram a vida sem geladeira? Sem carro, avião ou ar- condicionado? Não? Nós também não! Então, vamos começar esta apostila com um questionamento: vocês sabem o que todas essas coisas citadas têm em comum? Como estamos começando um capítulo de Termodinâmica, a resposta fica fácil! São as leis da Termodinâmica que regem as trocas de calor na geladeira e no ar-condicionado, assim como o funcionamento da combustão nas turbinas dos aviões e nos motores dos carros. Mas como isso é possível? É justamente isso que vamos descobrir aqui neste capítulo. Sensacional, não é?
Parece algo complicado? Não se preocupe! A única coisa necessária é a vontade de aprender como tudo isso funciona! E aí, pilhado para aprender tudo isso? Espero que sim, porque vamos começar agora!
Estudo dos Gases Ideais
Antes de entrarmos propriamente no estudo da Termodinâmica, precisamos estudar o conceito de gás ideal. Entender isso é fundamental, pois praticamente todos os problemas que iremos analisar utilizarão este conceito.
Você lembra o que é um gás? É um dos estados físicos que já estudamos anteriormente! Até aí tudo bem, mas agora você pode estar se perguntando: o que é um gás ideal? É isso que vamos entender agora: gás ideal é um nome dado a um modelo de estudo, em que são feitas algumas aproximações no comportamento dos gases para facilitar o estudo. Mas que aproximações são essas? Consideramos que as moléculas desse gás possuem tamanho desprezível e que não existe interação química entre elas. Desta forma, pensamos que elas estão tão afastadas umas das outras que podem se movimentar livremente e preencher todo o espaço disponível. Mas, espera aí… Essas aproximações não fogem da realidade? O que adianta estudar algo diferente do que acontece de verdade? É aqui que vem a grande jogada! Esse modelo de gás ideal facilita muito nossos cálculos e ainda nos permite encontrar resultados muito próximos dos gases reais!
Propriedades dos Gases Ideais
Existem três propriedades principais que devemos considerar quando estamos tratando de gases ideais. São elas:
► Pressão (P): Resultado das colisões das moléculas do gás com as
paredes do recipiente;
► Volume (V): O espaço ocupado pelas moléculas desse gás;
► Temperatura (T): O grau de agitação das moléculas desse gás.
Lei dos Gases Ideais
Dando continuidade ao assunto que acabamos de ver, uma pergunta bem importante deve ser feita: será que existe alguma relação entre essas três propriedades? Será que uma depende da outra? A resposta disso é sim! A prova disso é que muitas vezes conseguimos deduzir intuitivamente como os gases se comportam. Quer ver isso? Imagine um gás dentro de um pote de vidro lacrado. Não entra e nem sai ar dele, ou seja, o volume e o número de mols é constante! Intuitivamente, conseguimos imaginar que, se a temperatura do ar aumenta, a pressão que ele faz também aumenta, certo? Sim! E sabe o que é mais impressionante? Vamos conseguir provar isso justamente através da Lei que veremos agora!
A Lei dos Gases Ideais expressa a relação matemática entre as três propriedades dos gases que acabamos de ver. Ela é muito simples e nos permite determinar o valor de uma das variáveis de estado de um gás se conhecermos as outras duas.
Em que P é a pressão, V é o volume e T é a temperatura. O outro termo (n) representa o número de mols. E o R? Ele é a constante universal dos gases ideais, cujo valor no SI é de 8.31 J/mol.K. Como normalmente n também é constante, ficamos apenas em função das três propriedades vistas anteriormente!
E agora, conseguiu entender como estávamos certos no exemplo anterior? A equação que acabamos de ver nos diz que a pressão e a temperatura são diretamente proporcionais. Assim, quando todos os outros termos são constantes, ao aumentar uma destas variáveis, a outra aumenta também!
Lembre-se! Em todas as equações que envolvem gases, a temperatura que entra na equação é medida em Kelvin! Ou seja, se a temperatura aparecer em Graus Celsius, não esqueça de transformar para Kelvin somando 273!