Para estudar os gases, é primordial que a gente compreenda as variáveis de estado. Mas o que exatamente são variáveis de estado? São aquelas condições que definem a situação em que esse gás se encontra, que vão caracterizar esse gás fisicamente.
As variáveis de estado dos gases são temperatura, pressão e volume, e estão tão correlacionadas entre si, que não conseguimos caracterizar um gás apenas com uma dessas informações, precisamos conhecer as três.
Então, vamos estudá-las separadamente primeiro.
Pressão
Fisicamente, pressão é a força que algo exerce sobre uma área.
P = F/A
Quando aplicamos isso aos gases (o estado em que as moléculas têm elevada agitação), a pressão vai ser a força do choque dessas moléculas contra as paredes do recipiente em que elas estiverem.
Agora, imagina só: quando acontecem acidentes de carro, quanto maior a velocidade, pior é, certo? Isso porque a força é proporcional à aceleração, ou seja, quanto mais rápido, mais força esse corpo em movimento vai transmitir. Mas e os gases? As moléculas dos gases estão em constante movimento (possuem agitação), ou seja, também têm uma aceleração.
Então já sabemos que:
“Quanto maior a agitação dos gases, maior será a pressão exercida por eles.”
No Sistema Internacional de Medidas (SI), a unidade de pressão é o pascal (Pa), mas temos outras (atmosferas, milímetros de mercúrio, Torr e bar) que se relacionam assim:
101325 Pa = 101325 N/m² = 1 atm = 760 mmHg = 760 Torr = 1,01325 bar
Temperatura
Nós falamos antes que a pressão dos gases muda com a sua agitação, certo? O que mede essa agitação é a temperatura. Nós costumamos pensar que a temperatura é a medida de quão quente ou quão frio algo está, mas isso é a consequência. Quanto mais agitadas as suas moléculas, mais quente uma substância será.
A unidade de temperatura no SI é o Kelvin (K), pois é uma escala absoluta, ou seja, dizer que as moléculas de um gás estão a zero K é o mesmo que falar que essas moléculas não possuem agitação. Diferente da escala oficial no Brasil — Celsius (°C), que foi baseada nas temperaturas de mudança de estado físico da água.
Podemos relacionar essas unidades de medida de temperatura assim:
0 °C = 273 K
Volume
Volume é a medida do espaço (tridimensional) que algo ocupa. Os gases sempre vão ocupar todo o volume do recipiente em que eles estão mantidos, por isso podemos dizer que o volume do gás é igual ao volume do recipiente.
A unidade de medida de volume no SI é o metro cúbico (m3), mas também podemos expressar em litros (L).
As relações entre as unidades de medida são:
1 m³ = 1.000 cm³ = 1.000 L = 1.000.000 mL
Condições Normais de Temperatura e Pressão
As Condições Normais de Temperatura e Pressão – CNTP – foram uma convenção definida para padronizar os valores das variáveis de estado, usando como base a temperatura de congelamento da água e a pressão atmosférica ao nível do mar. A quantidade de 1 mol de moléculas de um gás, nas CNTP, tem temperatura de 273 K, pressão de 1 atm e ocupa o volume de 22,4 L.