Agora que já sabemos quais são as variáveis de estado dos gases,podemos nos perguntar: o que acontece quando uma delas é alterada? Será que todas mudam ao mesmo tempo sempre?
Não necessariamente. Alguns pesquisadores conseguiram comprovar que, ao mudar o estado de um gás mantendo uma das variáveis constante, as outras duas serão alteradas ao mesmo tempo.
Transformações Isotérmicas e a Lei de Boyle
Boyle, quando estava estudando os gases, fez o seguinte experimento:
Imagine um recipiente fechado por um êmbolo, cujo interior está preenchido com um gás à pressão, temperatura e volume, respectivamente, P, T e V. Mantendo a temperatura constante, ou seja, fazendo uma transformação isotérmica, P e V obrigatoriamente mudam.
O que Boyle observou foi:
► quando movemos o êmbolo de maneira a diminuir o volume do gás até a metade do inicial, a pressão que ele exerce dobra;
► quando movemos o êmbolo de maneira a dobrar o volume do gás, sua pressão é reduzida à metade.
Com isso, ele pôde concluir que, se uma variável for multiplicada por 3, a outra tem que ser dividida por 3, sendo isso válido para qualquer fator, ou seja, o produto PV se mantém constante. E então enunciou:
Sob temperatura constante, o volume ocupado por um gás é inversamente proporcional à sua pressão.
Quando expressamos essa variação isotérmica graficamente, temos uma curva assim:
Transformações Isocóricas e a Lei de Charles
Vamos agora ver como as moléculas de um gás se comportam quando submetidas a uma transformação isocórica (ou isovolumétrica), ou seja, vamos manter o volume constante, mudar a temperatura e medir a pressão.
Charles fez esse experimento e notou que, ao aquecer um gás (dentro de um recipiente de volume fixo), sua pressão (medida no manômetro colocado no recipiente) aumenta, assim como ao resfriar, diminui.
Quando definimos temperatura, vimos que ela expressa a agitação das moléculas. Vimos também que a pressão expressa a força do choque das moléculas com o recipiente e que quanto maior a agitação delas, maior será a força desse choque, o que torna as conclusões de Charles lógicas.
Sob volume constante, a pressão exercida pelo gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.
Ou seja, mantendo constante a razão T/P. Por isso, o gráfico dessa transformação isocórica é uma reta:
Transformações Isobáricas e a Lei de Gay-Lussac
Isobáricas são as transformações que fazemos mantendo a pressão constante.
Se um balão de festa cheio de ar é colocado na geladeira, diminuindo a temperatura, vamos notar diminuir seu volume. De modo contrário, se esse balão é aquecido, vamos notá-lo expandir.
Gay-Lussac fez um experimento muito semelhante em que aqueceu e resfriou um cilindro com o êmbolo solto, ou seja, mantendo a pressão constante. Ele notou que, resfriando o recipiente, o êmbolo baixava, pois o volume diminuía. Já ao aquecer o recipiente, o êmbolo subia devido ao aumento do volume ocupado pelo gás. Assim, ele chegou à seguinte conclusão:
Sob pressão constante, o gás ocupa um volume diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.
Dizer que o volume é proporcional à temperatura é manter constante a razão T/V, com isso, um gráfico de transformação isobárica terá a seguinte forma:
