Transformações gasosas são processos físicos em que os gases podem sofrer alteração de temperatura, pressão e/ou volume. São fenômenos importantes no funcionamento de máquinas, equipamentos médicos e dispositivos que utilizam esse recurso para realizar uma função. Conheça mais e veja como o tema pode ser cobrado nas provas de vestibulares!
Navegue pelo conteúdo
Conceito de gases e transformações gasosas
Gases podem ser definidos como substâncias ou elementos químicos que se apresentam no estado gasoso, em situações de pressão e temperatura ambiente. O ar, por exemplo, é uma mistura de gases como oxigênio (O2), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2), entre outros.
Esses gases podem ser resfriados, aquecidos, comprimidos, expandidos ou outras transformações, a depender dos parâmetros físicos alterados. Essas mudanças físicas são relevantes para a termodinâmica, área da física que estuda o calor e o trânsito de energia entre os corpos.
No cotidiano, os gases são utilizados, por exemplo, para o controle da temperatura em refrigeradores, câmaras frias e aparelhos de ar condicionado. A densidade do ar, mudanças de volume e temperatura também podem explicar o funcionamento de aquecedores e lareiras, por exemplo. Na culinária, as panelas de pressão, utilizadas para cozimento de alimentos de maneira ágil, também têm relação direta com as transformações gasosas.
Tipos de transformações gasosas
As transformações gasosas ocorrem, como foi mencionado anteriormente, a partir de alterações na temperatura, pressão ou volume do sistema gasoso. Ao estudar esses processos, é possível que mantenha-se um valor térmico constante, condições de pressão constantes ou, ainda, volume igual durante todo o processo. Cada uma dessas situações pode ser estudada separadamente, como será descrito abaixo.
Transformação isobárica
Quando um gás é alterado fisicamente sob pressão constante, considera-se que é uma transformação isobárica. Nesses casos, os parâmetros que sofrem alteração são volume e temperatura, conforme demonstra a fórmula abaixo, denominada por lei de Charles.
V1/T1 = V2/T2
V1 = volume no início da transformação
T1 = temperatura no início da transformação
V2 = volume no fim da transformação
T2 = temperatura no fim da transformação
Nesses casos, o volume e a temperatura, grandezas variáveis, são diretamente proporcionais entre si. Ou seja, quanto mais quente o gás estiver, mais volume ele ocupa no espaço. Por outro lado, se estiver com menor temperatura, estará com menor volume.
Transformação isométrica, isocórica ou isovolumétrica
A transformação gasosa isométrica ou isovolumétrica diz respeito aos fenômenos em que os gases mantêm volume constante durante todo o processo físico. É possível encontrá-los em sistemas fechados que impedem a expansão gasosa, como em uma panela de pressão, que não muda de volume ao longo do tempo.
Nesses casos, há alteração da pressão e da temperatura, de maneira diretamente proporcional. Como descrito na equação abaixo, reconhecida como lei de Gay-Lussac.
P1/T1 = P2/T2
P1 = pressão no início da transformação
T1 = temperatura no início da transformação
P2= pressão no fim da transformação
T2 = temperatura no fim da transformação
Conforme a temperatura do gás aumenta, aumenta também a pressão total do sistema. Essa lógica explica que o aumento de pressão na panela também resulta em aumento da temperatura e, consequentemente, da velocidade de cozimento.
Transformação isotérmica
Transformações isotérmicas são aquelas em que o gás é submetido a um processo de alteração física sob temperatura constante. Ou seja, do início ao fim do fenômeno a temperatura do sistema é a mesma.
É possível descrever um valor constante K para as condições de pressão e volume do sistema isotérmico. Conforme a seguinte equação matemática:
p.V = k
k é uma constante;
p é a pressão do sistema; e
V é o volume do sistema.
Note que, nessas condições, a pressão e o volume do sistema são inversamente proporcionais. Isso significa que, à medida que a pressão aumenta, o volume diminui, do mesmo modo, se a pressão diminui, o volume do sistema aumenta.
De forma semelhante, é possível fazer cálculos comparativos entre a pressão inicial e a pressão final, por meio da lei de Boyle-Mariotte. Veja que, como a temperatura inicial e final é a mesma, esse valor não é considerado durante as equações.
P1 . V1= P2 . V2
P1 = pressão no início da transformação
V1 = volume no início da transformação
P2= pressão no fim da transformação
V2 = volume no fim da transformação
Transformação adiabática
Existe uma quarta forma de transformação gasosa, que tem importância, principalmente, na termodinâmica: as transformações adiabáticas. Nessa classificação, não há troca de calor entre o sistema alterado e o meio em que ele se encontra, como quando há saída de um desodorante de um spray aerossol — com mudança de volume e pressão do conteúdo, mas sem trânsito de calor.
Questão sobre transformações gasosas
Fuvest 2022
A água oxigenada é uma mistura formada, principalmente, por água e peróxido de hidrogênio. Esse produto é comercializado em graduações de volumes, por exemplo, água oxigenada 10 volumes ou 20 volumes. Quanto maior essa graduação, maior a concentração de peróxido de hidrogênio. A determinação de peróxido de hidrogênio é realizada pela quantidade em volume de O₂ formada pela decomposição do peróxido. Por exemplo, uma oxigenada de 10 volumes significa que 1 volume dessa solução produz o equivalente a 10 volumes de gás oxigênio.
H₂O₂ (l) → H₂O (l) + ½ O₂ (g)
Um frasco de 100 mL de água oxigenada foi analisado a concentração de peróxido. Para isso, retirou-se uma alíquota de 10 mL do produto e adicionou iodeto de potássio, que é o catalisador da reação de decomposição. O gás gerado é movido para um outro recipiente (frasco B), inicialmente à vácuo, com volume de 100 mL.
Note e Adote
Pressão Ambiente = 1 atm Temperatura constante durante todo o processo.
A alteração de pressão no frasco B no decorrer da reação foi acompanhado com um barômetro:
A partir das informações acima, conclui-se que a água oxigenada analisada é de
A) 10 volumes.
B) 20 volumes.
C) 30 volumes.
D) 40 volumes.
E) 50 volumes.
Resposta: Segundo o gráfico, a reação de decomposição de 10 mL de água oxigenada produziu 5 atm de oxigênio em um frasco de 100 mL. Calcula-se o volume de gás oxigênio proporcional à pressão de 1 atm:
𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 · 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 · 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
5 𝑎𝑡𝑚 · 100 𝑚𝐿 = 1 𝑎𝑡𝑚 · 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 500 𝑚𝐿
Assim, o volume de 10 mL de água oxigenada produziu 500 mL de gás. A proporção de 10:500, simplificadamente, é igual a 1:50, ou seja, a solução analisada é do tipo água oxigenada 50 volumes.
Alternativa correta: E.
Estude online com a Coruja!
A interdisciplinaridade é um dos pontos mais importantes nos vestibulares, pois permite congregar informações de diferentes áreas de aprendizado para a construção de um sólido. Diante disso, a relação entre física, atualidades, química, história, geografia, linguagens, ciências humanas, entre outros tópicos precisa ser debatida em cursos pré-vestibulares.
Nos cursos preparatórios da Coruja, os alunos são preparados para observar as matérias de maneira abrangente, conectando informações de diferentes áreas e consolidando esses dados. Tudo isso é fornecido por meio de aulas ministradas por professores especialistas, além de acesso a materiais didáticos disponíveis em diversos formatos (PDF, vídeo, áudio e etc) Clique no banner e estude Estratégia Vestibulares!
