Lei de Boyle

Definição

A lei de Boyle é um caso especial da lei do gás ideal.

Esta lei aplica-se apenas aos gases ideais mantidos a uma temperatura constante, permitindo que apenas o volume e a pressão mudem.

O que é

A lei de Boyle é uma lei básica da química que descreve o comportamento de um gás mantido a uma temperatura constante.

A lei, descoberta por Robert Boyle em 1662, afirma que, a uma temperatura fixa, o volume de gás é inversamente proporcional à pressão exercida pelo gás.

Em outras palavras, quando um gás é bombeado para um espaço fechado, ele diminui para caber nesse espaço, mas a pressão que o gás coloca no recipiente aumenta.

A Lei de Boyle pode ser escrita matematicamente:

Nesta equação, P = pressão e V = volume.

Experiência de Boyle

Para provar a lei, Boyle bombeou oxigênio (um gás) para dentro de um tubo de vidro em forma de J que foi selado em uma extremidade.

Usando um queimador para manter o oxigênio a uma temperatura constante, ele despejou diferentes quantidades de mercúrio no tubo, o que variou a pressão no oxigênio. Ele descobriu que quanto mais pressão ele aplicava, menor o volume de oxigênio, e essa redução acontecia a uma taxa constante.

A Lei de Boyle se refere especificamente a um gás ideal – ou seja, um gás teórico composto de partículas aleatórias que não interagem.

Embora nenhum gás real seja o ideal, a maioria apresenta essas características ideais em condições normais.

Exemplos do mundo real

Um exemplo da Lei de Boyle em ação pode ser visto em um balão. O ar é soprado no balão; a pressão desse ar – um gás – empurra a borracha, fazendo o balão se expandir. Se uma extremidade do balão for espremida, diminuindo o volume, a pressão interna aumenta, fazendo com que a parte não espremida do balão se expanda.

Há um limite para quanto o gás pode ser comprimido, no entanto, porque eventualmente a pressão se torna tão grande que faz com que o balão (ou qualquer recipiente) se quebre.

Um exemplo diferente é uma seringa para coleta de sangue. Uma seringa vazia possui uma quantidade fixa de gás (ar); se o êmbolo for puxado para trás sem que a extremidade da agulha seja inserida em nada, o volume do tubo aumentará e a pressão cairá, fazendo com que mais ar se mova para dentro do tubo para equalizar a pressão. Se a seringa for inserida na veia e o êmbolo for retirado, o sangue fluirá para o tubo, pois a pressão na veia é maior que a pressão na seringa.

Outra maneira de descrever a lei de Boyle é que, quando pressionado, um gás tende a recuar.

Sem a enorme quantidade de gravidade que os mantinha unidos, os planetas de gás do sistema solar se difundiam rapidamente em todas as direções, despressurizando rapidamente. Nesse caso, a pressão da gravidade regula o volume dos gases ao redor desses planetas.

A lei de Charles e Guy-Lussac

O inverso da lei de Boyle é a lei de Charles e Gay-Lussac, nomeada para os dois cientistas franceses que a descobriram.

A lei de Charles e Gay-Lussac mostra que o volume de um gás aumenta ou diminui de acordo com a temperatura.

Escrita matematicamente, a lei se parece com isso:

Nesta equação, V = volume e T = temperatura. Enquanto a Lei de Boyle se concentra na temperatura constante e na mudança de pressão, a Lei de Charles e Gay-Lussac se concentra na mudança de temperatura.

História

O químico mais importante a sair da Irlanda também foi o primeiro. Robert Boyle, nascido em 1627, lançou as bases para a química moderna.

Ele conduziu experimentos inovadores com uma bomba de ar, mostrando, por exemplo, que o som não pode viajar no vácuo. Sua lei fundamental ligava a pressão e o volume de um gás.

Ele também desenvolveu testes analíticos para identificar substâncias, e alguns (por exemplo, testes de chama) ainda são usados.

Boyle passou a vida profissional em Oxford (a Irlanda estava instável e, segundo ele, não favorece a pesquisa), e ajudou a fundar a Royal Society.

Uma pintura a óleo de Robert Boyle, para quem a Lei de Boyle foi nomeada

Um século depois, Joseph Black descobriu o dióxido de carbono e abriu o caminho para a descoberta de outros gases, como nitrogênio e especialmente oxigênio.

Black mostrou que o dióxido de carbono era um gás, mas poderia participar de reações químicas, assim como sólidos e líquidos.

Ele também introduziu os importantes conceitos científicos de calor latente e calor específico.

Black, originalmente de Belfast, trabalhou nas universidades de Glasgow e Edimburgo e fazia parte do Iluminismo Escocês.

Um século depois, outro cientista de Belfast descobriu como converter um gás em um líquido.

Ao manipular temperaturas e pressões, Thomas Andrews transformou o gás carbônico em líquido e provou que o gás era apenas um estado da matéria.

Sua descoberta abriu caminho para liquefazer gases e levou a uma indústria totalmente nova.

Outros químicos irlandeses interessados em gases incluem Richard Kirwan, de Galway, e William Higgins, de Co Sligo.

Na década de 1780, eles estavam envolvidos em uma grande controvérsia internacional sobre a natureza da combustão e uma substância hipotética chamada flogisto. Entre eles, eles ajudaram o cientista francês Antoine Lavoisier a publicar suas idéias concorrentes sobre o oxigênio, um marco no desenvolvimento da química moderna.

Lei de Boyle – Gás

Os gases têm várias propriedades que podemos observar com nossos sentidos, incluindo a pressão do gás, temperatura, massa e o volume que contém o gás.

A observação científica cuidadosa determinou que essas variáveis estão relacionadas entre si e os valores dessas propriedades determinam o estado do gás.

Em meados da década de 1600, Robert Boyle estudou a relação entre a pressão p e o volume V de um gás confinado mantido a uma temperatura constante.

Boyle observou que o produto da pressão e do volume é quase constante.

O produto da pressão e do volume é exatamente uma constante para um gás ideal.

p * V = constante

Essa relação entre pressão e volume é chamada de Lei de Boyle em sua homenagem. Por exemplo, suponha que tenhamos um gás teórico confinado em uma jarra com um pistão no topo.

O estado inicial do gás tem um volume igual a 4,0 metros cúbicos e a pressão é de 1,0 quilopascal.

Com a temperatura e o número de moles mantidos constantes, os pesos são adicionados lentamente à parte superior do pistão para aumentar a pressão. Quando a pressão é de 1,33 quilopascal, o volume diminui para 3,0 metros cúbicos.

O produto da pressão e do volume permanece uma constante (4 x 1,0 = 3 x 1,33333).

Aqui está uma animação por computador desse processo:

Resumo

É interessante pensar que neste exato momento todos nós, todos os organismos terrestres vivos, estamos vivendo em um estado de pressão.

Normalmente, não sentimos que o corpo humano é composto principalmente de líquido, e os líquidos são basicamente não compressíveis. Às vezes, no entanto, notamos mudanças de pressão, principalmente em nossos ouvidos.

Isso geralmente é descrito como um “pop” e ocorre quando nossa elevação muda, como quando voamos ou dirigimos nas montanhas. Isso ocorre porque nossos ouvidos têm um espaço no ar e o ar, como todos os outros gases, é compressível.

Robert Boyle foi uma das primeiras pessoas a estudar esse fenômeno em 1662. Ele formalizou suas descobertas no que hoje é chamado lei de Boyle, que afirma que “se a temperatura permanece constante, o volume de uma dada massa de gás é inversamente proporcional à pressão absoluta ”Essencialmente, o que Boyle estava dizendo é que um gás ideal comprime proporcionalmente à quantidade de pressão exercida sobre ele.

Por exemplo, se você tiver um balão de 1 metro cúbico e dobrar a pressão nele, ele será compactado para ½ metro cúbico. Aumente a pressão em 4 e o volume cairá para 1/4 do tamanho original e assim por diante.

A lei também pode ser declarada de uma maneira ligeiramente diferente: o produto da pressão absoluta (p) e do volume (V) é sempre constante (k); p x V = k, para abreviar.

Enquanto Boyle derivou a lei apenas por motivos experimentais, a lei também pode ser derivada teoricamente com base na existência presumida de átomos e moléculas e suposições sobre movimento e que toda a matéria é composta de um grande número de pequenas partículas (átomos ou moléculas) dos quais estão em constante movimento. Essas partículas que se movem rapidamente colidem constantemente entre si e com as paredes de seu recipiente (também conhecida como teoria cinética).

Outro exemplo da lei de Boyle em ação está em uma seringa. Em uma seringa, o volume de uma quantidade fixa de gás é aumentado puxando a alça de volta, diminuindo a pressão.

O sangue em uma veia tem pressão mais alta que o gás na seringa, de modo que flui para a seringa, igualando o diferencial de pressão.

A lei de Boyle é uma das três leis dos gases que descrevem o comportamento dos gases sob temperaturas, pressões e volumes variáveis.

As outras duas leis são a lei de Gay-Lussac e a lei de Graham.

Juntos, eles formam a lei do gás ideal.

Fonte: www.grc.nasa.gov/www.universetoday.com/www.grc.nasa.gov/www.wisegeek.org/ch301.cm.utexas.edu/www.iun.edu/www.askaboutireland.ie/chemed.chem.purdue.edu