Misturas gasosas ocorrem quando diferentes gases estão ocupando o mesmo ambiente, sistema e/ou recipiente. Um exemplo clássico é o ar ambiente, composto por uma mistura de diversos gases, como nitrogênio (N2), oxigênio (O2), hidrogênio (H2), dióxido de carbono (CO2) e argônio (Ar).
Neste artigo, aprenda mais sobre como calcular os parâmetros físicos dos gases em uma mistura gasosa, veja as principais leis que regem esse conhecimento e acompanhe a resolução completa de uma questão de vestibular que aborda a temática!
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Definição de mistura gasosa
Uma mistura gasosa é a junção de duas ou mais substâncias, considerando que são gases em que as moléculas estão no estado gasoso, considerando situações de pressão e temperatura ambiente.
Lei de Dalton
Em uma mistura gasosa, é possível estudar o comportamento de cada gás, como eles contribuem dentro daquele sistema. Uma das formas de mensurar esse valor é a pressão parcial de cada gás, que é a pressão exercida que cada substância gasosa exerceria se estivesse sozinha, nas mesmas condições de temperatura e pressão.
A distribuição da pressão dos gases em uma mistura é proporcional à quantidade de matéria daquela substância no conteúdo total do sistema. Diante disso, as características químicas ou físicas não são necessárias para concluir a pressão parcial de uma gás na mistura, mas apenas a quantidade de matérias observados, como demonstra a equação:
pgás= p . Xgás
pgás é a pressão parcial do gás naquela situação;
p é a pressão total do sistema; e
X é a fração molar do gás na mistura.
Essa mesma fórmula pode ser compreendida por meio da fração molar, dividindo a pressão parcial pela pressão total, assim:
Xgás = pgás / p
pgás é a pressão parcial do gás naquela situação;
p é a pressão total do sistema; e
X é a fração molar do gás na mistura.
Outra forma de calcular a pressão parcial de um gás é por meio da equação geral dos gases, como demonstrado a seguir:
Pgás. V= ngás. R. T
Pgás = pressão parcial do gás, em geral, medida em N/m2 ou atm
V = volume, em geral, medido em L ou m3
n = número de mols
R = constante universal dos gases
T = temperatura, em geral, aparece em K ou ºC
A partir dessa definição, o químico Dalton constatou que, considerando a mistura de uma quantidade X de gases, a pressão total corresponde à soma de cada uma das pressões parciais dos X gases.
ptotal = pgás 1 + pgás 2 + pgás 3 + … + pgás n
Quando há uma mistura gasosa com 35% de O2 e 65% de CO2 sob uma pressão de 1 atm, significa que a quantidade de matéria presente em mol é proporcional a esses valores. Então, é possível descrever o cálculo e a pressão parcial de cada gás assim:
pO2= ptotal . NO2
pO2= 1 . 0,35
pO2= 0,35 atm
pCO2= ptotal . NCO2
pCO2= 1. 0,65
pCO2= 0,65 atm
ptotal = pO2 + pCO2
ptotal = 0,35 + 0,65
ptotal = 1 atm
Lei de Amagat
Semelhante ao que é observado com as pressões parciais, o volume parcial de cada gás pode ser calculado em uma mistura gasosa. Esse conceito define o volume que gás ocuparia caso ele estivesse em situação isolada, que é proporcional à quantidade de matéria daquela gás na mistura gasosa.
Vgás= V . Xgás
Vgás é a pressão parcial do gás naquela situação;
V é a pressão total do sistema; e
X é a fração molar do gás na mistura.
Nesse caso, também, a soma dos volumes parciais é igual ao volume total do sistema gasoso.
Vtotal = Vgás 1 + Vgás 2 + Vgás 3 + … + Vgás n
A partir da equação geral dos gases, é possível também calcular o volume parcial de um gás:
P. Vgás= ngás. R. T
P = pressão total, em geral, medida em N/m2 ou atm
Vgás = volume, em geral, medido em L ou m3
n = número de mols
R = constante universal dos gases
T = temperatura, em geral, aparece em K ou ºC
Questão de vestibular sobre misturas gasosas
ITA (2017)
Um frasco fechado contém dois gases cujo comportamento é considerado ideal: hidrogênio molecular e monóxido de nitrogênio. Sabendo que a pressão parcial do monóxido de nitrogênio é igual a 3/5 da pressão parcial do hidrogênio molecular, e que a massa total da mistura é de 20 g, assinale a alternativa que fornece a porcentagem em massa do hidrogênio molecular na mistura gasosa.
A) 4%
B) 6%
C) 8%
D) 10%
E) 12%
Resposta: Primeiro, vamos trabalhar com os dados fornecidos pelo enunciado, que consideram que PNO= ⅗. PH2.
Como os dois gases estão submetidos a uma mesma temperatura e mesmo volume, temos que essa mesma proporção se relaciona ao número de mols envolvidos.
Como queremos uma relação entre massas, precisamos utilizar as massas molares. As massas dos elementos envolvidos são: H = 1, O = 16 e N = 14.
Sendo assim, as massas molares do NO e do H2 são:
Massa do NO = massa do nitrogênio.1 + massa do oxigênio.1
Massa do NO = 14 + 16
Massa do NO = 30 g/mol
Massa do H2 = massa do hidrogênio.2
Massa do H2 = 1.2
Massa do H2 = 2 g/mol
Agora, basta usar a propriedade da estequiometria que nos diz que o número de mols de um composto qualquer é igual à razão entre a sua massa e sua massa molar.
Sendo assim, a mistura possui 1g de hidrogênio para cada 9g de NO. Dessa forma, um total de 10g da mistura possui 1g de hidrogênio. Logo, o percentual de hidrogênio em massa nela é:
A porcentagem de massa de hidrogênio na mistura é igual a 10%.
Alternativa correta: D.
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