Gás ideal

Definição

Um gás ideal é definido como aquele em que todas as colisões entre átomos ou moléculas são perfeitamente eleatísticas e nas quais não há forças de atração intermoleculares.

Pode-se visualizá-lo como uma coleção de esferas perfeitamente duras que colidem, mas que de outra forma não interagem umas com as outras.

Nesse gás, toda a energia interna está na forma de energia cinética e qualquer mudança na energia interna é acompanhada por uma mudança na temperatura.

O que é

Um gás ideal é um estado de matéria teórica usado pelos físicos na análise da teoria das probabilidades.

O gás ideal é composto de moléculas que se refletem umas nas outras sem interagir de maneira alguma.

Não há forças de atração ou repulsão entre as moléculas e nenhuma energia é perdida durante as colisões.

Os gases ideais podem ser completamente descritos por seu volume, densidade e temperatura.

A equação de estado para um gás ideal, comumente conhecida como lei do gás ideal, é PV = NkT.

Na equação, N é o número de moléculas e k é a constante de Boltzmann, que é igual a cerca de 1.4 x 10^-23 joules por kelvin.

O que geralmente é mais importante é que a pressão e o volume são inversamente proporcionais e cada um é proporcional à temperatura. Isso significa, por exemplo, que se a pressão duplicar enquanto a temperatura é mantida constante, o volume do gás deve cair pela metade; se o volume do gás dobrar enquanto a pressão for mantida constante, a temperatura também deverá dobrar.

Na maioria dos exemplos, o número de moléculas no gás é considerado constante.

Claro, isso é apenas uma aproximação.

Colisões entre moléculas de gás não são perfeitamente elásticas, alguma energia é perdida e forças eletrostáticas entre moléculas de gás existem.

Mas na maioria das situações cotidianas, a lei ideal dos gases se aproxima do comportamento real dos gases.

Mesmo que não seja usado para realizar cálculos, manter em mente as relações entre pressão, volume e temperatura pode ajudar um cientista a entender intuitivamente o comportamento de um gás.

A lei ideal dos gases é frequentemente a primeira equação que as pessoas aprendem quando estudam gases em uma aula introdutória de física ou química.

A equação de Van der Waal, que inclui algumas pequenas correções nas premissas básicas da lei do gás ideal, também é ensinada em muitos cursos introdutórios.

Na prática, no entanto, a correção é tão pequena que, se a lei ideal dos gases não for precisa o suficiente para uma determinada aplicação, a equação de Van der Waal também não será boa o suficiente.

Como na maioria da termodinâmica, também se supõe que o gás ideal esteja em estado de equilíbrio.

Esta suposição é claramente falsa se a pressão, volume ou temperatura estiver mudando; se essas variáveis estão mudando lentamente, um estado chamado equilíbrio quase estático, o erro pode ser aceitavelmente pequeno.

Desistir da suposição de equilíbrio quase estático significa deixar a termodinâmica para o mundo mais complicado da física estatística.

Qual é a lei do gás ideal?

A lei dos gases ideais é uma equação usada na química para descrever o comportamento de um “gás ideal”, uma substância gasosa hipotética que se move aleatoriamente e não interage com outros gases.

A equação é formulada como PV = nRT, significando que a pressão vezes o volume é igual ao número de moles vezes a temperatura ideal do gás constante vezes a temperatura.

A lei do gás ideal é geralmente usada com o sistema SI de unidades, então P está em Pascal, V está em metros cúbicos, n é adimensional e representa o número de moles, R está em joules divididos por kelvins vezes em moles e T está em Kelvins.

A lei também pode ser dada como PV = NkT, com o número de partículas (N) substituindo o número de moles e a constante de Boltzmann substituindo a constante de gás ideal.

Um elemento importante que aqueles que trabalham com a lei dos gases ideais devem entender é que ela funciona apenas em situações teóricas idealizadas.

Gases reais interagem entre si e entre si em graus variados, e essas interações diminuem a aleatoriedade do movimento das partículas de gás.

Em baixas temperaturas e altas pressões, por exemplo, é provável que as forças de atração entre os gases alterem significativamente a maneira como os gases se comportam. Em temperaturas suficientemente baixas e altas pressões, muitos gases se tornam líquidos, mas a lei ideal dos gases não explica esse comportamento.

Há uma variedade de usos para a lei ideal dos gases, mas eles quase sempre envolvem situações teóricas.

Pode-se usar a lei do gás ideal para determinar qualquer uma das propriedades desconhecidas de um gás ideal, assumindo que se conheça o restante das propriedades.

Se, por exemplo, a pressão, o número de moles e a temperatura forem conhecidos, é possível calcular o volume através de álgebra simples.

Em alguns casos, a lei ideal dos gases pode ser usada em situações da vida real, mas apenas com gases cujos comportamentos seguem de perto a lei em determinadas condições de temperatura e pressão, e mesmo assim só pode ser usada como aproximação.

A lei do gás ideal é geralmente ensinada em detalhes significativos nas aulas de química geral do ensino médio e superior.

Os alunos usam a lei para aprender os conceitos básicos de cálculo em química e geralmente precisam fazer várias conversões de unidades antes de aplicar a equação.

A lei também ilustra vários conceitos importantes sobre o comportamento dos gases. Isso mostra, por exemplo, que um aumento na pressão de um sistema gasoso tende a corresponder a uma diminuição no volume e vice-versa.

É importante entender as relações demonstradas, mesmo que a equação não possa ser usada para cálculos precisos sobre sistemas gasosos reais.

Resumo

Muitos químicos sonhavam em ter uma equação que descreve a relação de uma molécula de gás com seu ambiente, como pressão ou temperatura.

No entanto, eles encontraram muitas dificuldades devido ao fato de sempre haver outros fatores afetantes, como forças intermoleculares.

Apesar disso, os químicos criaram uma equação simples de gás para estudar o comportamento do gás e, ao mesmo tempo, esconder os fatores menores.

Ao lidar com gás, uma equação famosa foi usada para relacionar todos os fatores necessários para resolver um problema de gás.

Essa equação é conhecida como Equação do gás ideal. Como sempre soubemos, nada ideal existe.

Nesta edição, duas suposições bem conhecidas deveriam ter sido feitas previamente:

As partículas não têm forças agindo entre elas, e
Essas partículas não ocupam espaço, o que significa que seu volume atômico é completamente ignorado.

Um gás ideal é um gás hipotético sonhado por químicos e estudantes, porque seria muito mais fácil se coisas como forças intermoleculares não existissem para complicar a simples Lei do Gás Ideal.

Gases ideais são essencialmente massas pontuais que se deslocam em movimento constante, aleatório e linear.

Seu comportamento é descrito pelas suposições listadas na Teoria Cinético-Molecular dos Gases.

Essa definição de um gás ideal contrasta com a definição de gás não ideal, porque essa equação representa como o gás realmente se comporta na realidade.

Fonte: www.khanacademy.org/abyss.uoregon.edu/www.wisegeek.org/chem.libretexts.org/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/chemistry.bd.psu.edu