Tipos de transformações gasosas
Tipos de transformações gasosas
O estado de qualquer gás é caracterizado pelos valores de três grandezas que são o volume (V), a pressão (P) e a temperatura (T).
São muito comuns as transformações em que ocorrem duas das variáveis de estado, mantendo-se uma constante. Pode-se ter, então:
Transformação isotérmica
Nela, durante todo o processo termodinâmico de um gás ideal, a temperatura permanece constante (isso=igual; thermos = temperatura).
O cientista Robert Boyle comprovou que, quando a temperatura é constante, a pressão (P) exercida por certa massa gasosa é inversamente proporcional ao volume (V) por ela ocupado, ou P.V = constante, ou ainda, Po.Vo = P.V.
Po e Vo representam a pressão e o volume num estado de equilíbrio inicial.
P e V representam a pressão e o volume num estado de equilíbrio final.
Isotermas
Sendo P.V = constante = k 
P =
e, se V tende a zero, P cresce indefinidamente e se V cresce indefinidamente P tende a zero.
Se você representar graficamente P x V você obterá uma curva de nome isoterma que é um ramo de uma hipérbole eqüilátera.
Cada ponto da curva (isoterma) A tem a mesma temperatura (TA); cada ponto da curva (isoterma) B tem a mesma temperatura (TB) e cada ponto da curva (isoterma) C tem a mesma temperatura (TC).
Observe que TC > TB > TA, pois o produto PAVA > PBVB > PCVC e, assim quanto mais afastada dos eixos maior será o valor da temperatura da hipérbole representativa.
Transformação isocórica, isométrica ou isovolumétrica
Nessa transformação o volume é mantido constante (isso=igual; coros=volume).
Os físicos Jacques Charles e Gay-Lussac descobriram experimentalmente que, numa transformação isocórica, a pressão (P) é diretamente proporcional à temperatura absoluta (T), ou seja:
A expressão acima só é válida se considerarmos a temperatura absoluta, isto é, na escala kelvin.
Se a temperatura for medida em graus Celsius, isso não se aplica.
Na expressão P /To = P/T, conhecida como lei de Charles, Po e To representam a pressão e a temperatura absoluta do gás no estado inicial: P e T representam, respectivamente, a pressão e a temperatura absoluta do gás no estado final.
Observe o gráfico abaixo onde você vê representada a lei de Charles (transformação isovolumétrica) que representa a pressão (P) e a temperatura T, medida em graus kelvin (K) para 3 gases 1, 2 e 3.
Como a temperatura de um gás perfeito diminui à medida que a pressão também diminui, então deveria existir uma temperatura muito baixa na qual a pressão seria
nula, obtida pelo prolongamento dos gráficos acima onde as retas representativas de cada gás convergem para um único ponto: -273,15oC = 0 K, no qual a pressão exercida pelos gases torna-se nula.
Na realidade, esse fenômeno não acontece, pois é impossível se anular a pressão exercida por um gás, pois, com um resfriamento suficiente, todos eles se liquefazem ou se solidificam.
Transformação isobárica
Ocorre à pressão constante (isso=igual; baros=pressão).
O físico Jacques Charles observou que, para uma certa massa de gás perfeito, mantida apressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura absoluta,ou seja:
A relação acima é denominada lei de Charles e Gay-Lussac para transformações isobáricas e cujo gráfico V x T stá representado abaixo:
Diagrama de Clapeyron para transformações isobáricas
Equação de Clapeyron
As três leis anteriores mostram como um gás perfeito se comporta quando mantemos uma variável constante e variamos as outras duas.
A equação de Clapeyron ou equação de um gás ideal corresponde a uma síntese dessas três leis, que relacionam entre si pressão, temperatura e volume.
Numa transformação isotérmica, pressão e volume são inversamente proporcionais e em uma transformação isométrica, isocórica ou isovolumétrica, pressão e temperatura são diretamente proporcionais.
Pelas informações acima você pode concluir que a pressão é diretamente proporcional à temperatura e inversamente proporcional ao volume.
Acontece que o número de moléculas (número de mols) influencia na pressão exercida pelo gás, ou seja, a pressão também depende diretamente da massa do gás (número de moléculas nele contidas).
Considerando esses resultados, Paul Emile Clapeyron estabeleceu uma relação entre as variáveis de estado com a seguinte expressão matemática:
Equação geral dos gases perfeitos
À equação acima se dá o nome de lei geral dos gases perfeitos e você deve utiliza-la quando houver variação de pressão, volume e temperatura simultaneamente, mantendo-se constante a massa.
O que você deve saber, informações e dicas
Transformação Isotérmica
Isotermas
Transformação isocórica, isométrica ou isovolumétrica
Transformação Isobárica
Equação de Clapeyron ou Equação de um gás ideal
Nas lições iniciais de um curso de mergulho com equipamento autônomo – cilindro de ar
comprimido – os alunos são instruídos a voltarem lentamente à superfície, sem prender sua respiração em hipótese alguma, a fim de permitir que ocorra a gradativa descompressão (diminuição da pressão).
O aprisionamento do ar nos pulmões pode ser fatal para o mergulhador durante a subida, pois, nesse caso, a transformação sofrida pelo ar nos pulmões é isotérmica, com aumento do volume do ar.
Como o volume do cilindro que contém o gás se dilata muito pouco com a temperatura, pode-se dizer que se trata de uma transformação gasosa isométrica ou isovolumétrica (volume constante). Como o carro fica exposto ao sol, a temperatura do gás aumenta e conseqüentemente a pressão exercida pelo gás também aumenta, pois P/T = constante e P é diretamente proporcional a T, cujo
gráfico PXT está representado acima.
Um balão de aniversário, cheio de gás Hélio, solta-se da mão de uma criança, subindo até grandes
altitudes e, devido a redução da pressão, seu volume aumenta.
Mistura de gases
Considere dois recipientes rígidos, de volumes VA e VB contendo, respectivamente, gases A e B. Esses recipientes estão conectados entre si por um tubo fino munido de torneira que está fechada. Abre-se então a torneira colocando os
dois recipientes em comunicação, com os gases se misturando.
Após a mistura, suas partículas terão o mesmo grau de agitação, portanto a mesma temperatura.
Considerando n o número de mols da mistura, nA o número de mols do gás A e nB o número de mols do gás B, pode-se escrever 
n = nA + nB Clapeyron PV = nRT n = PV/RT, que,
Se PA for a pressão do no recipiente A antes da mistura e PB a pressão no recipiente B antes da mistura, tem-se P = PA + PB, onde P é a pressão total exercida pela mistura.
Veja um exercício interessante:
Quando abrimos uma geladeira com boa vedação e voltamos a fechá-la, é difícil abri-la novamente em seguida.
a) Como podemos explicar esse fenômeno com base no comportamento termodinâmico dos gases?
b) Considere uma geladeira com volume interno de 1.000 L, temperatura interna -5°C e área da porta 2m2. Num dia cuja temperatura ambiente é 25°C, abrimos a porta da geladeira e a fechamos. Supondo que todo o ar frio no interior da geladeira seja substituído por ar à temperatura ambiente, qual será a força média necessária para abrir a porta depois
de restabelecido o equilíbrio termodinâmico no interior da geladeira?
(Dado: 1 atm ≈ 105 N/m2).
Resolução:
a) Se a porta do freezer fica aberta por algum tempo, parte do ar de seu interior é substituído pelo ar mais quente do exterior.
Depois que você fecha a porta da geladeira, a temperatura interna do ar em seu interior irá diminuir e como se trata de uma isovolumétrica, a pressão também diminui (P/T = constante) fazendo com
b) Se a pressão externa é maior que a interna, como Pressão = Força/Área da porta, a força externa terá intensidade maior que a força interna e a intensidade da força resultante será FR = Fext – Fint.
A transformação é isovolumétrica (volume constante) P1/T1 = P2/T2 1,0.105x1.000 = P2/(25 + 273) P2 = Pint = 0,9.105N/m2 (Pa) ΔP = FR/S (1,0.105 – 0,9.105) = FR/2 FR = 0,2.105N FR=2,0.104 N.