Explicamos o que é o estado gasoso e as propriedades físicas e químicas que apresenta. Além disso, suas características e exemplos.
Qual é o estado gasoso?
O estado gasoso é uma das quatro fases ou estados de agregação da matéria , ou seja, em que pode ser percebido, juntamente com os estados sólido , líquido e plasma. O material no estado gasoso é denominado “gás”. É caracterizado porque suas partículas estão frouxamente ligadas umas às outras.
As moléculas das substâncias no estado gasoso não conseguem se segurar com firmeza e se expandem pelo recipiente onde estão e se adaptando à sua forma. Isso ocorre porque eles vibram com muito mais energia e velocidade do que em líquidos ou sólidos.
Apesar de sua coesão quase nula , os gases têm uma enorme capacidade de compressão. Isso pode ser feito industrialmente durante seu tratamento para transporte (gases liquefeitos).
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Origem do nome gás
O termo “gás” foi cunhado pelo cientista flamengo Jan Baptista van Helmont (1580-1644), no século XVII.
Vem do termo latino caos (“caos”) , uma vez que o estado observável das partículas de um gás tende à dispersão e a uma aparente desordem.
Comparado com sólidos e líquidos, é o estado mais caótico da matéria .
Propriedades físicas dos gases
Os gases têm as seguintes propriedades físicas:
- Eles não têm uma forma definida, por isso adotam a forma do recipiente em que estão contidos.
- Não têm volume definido, por isso tendem a ocupar o volume do espaço onde se encontram na sua totalidade.
- São altamente compressíveis, ou seja, dado o enorme espaço entre suas moléculas, podem ser forçados a ocupar um volume menor. Na verdade, quando sua temperatura aumenta, os gases se expandem, ao passo que, quando esfriam, tendem a se contrair.
- Os gases são fluidos , assim como os líquidos, e podem se mover com pouca fricção de um recipiente para outro.
- As partículas de gás estão tão distantes que seu peso total é menor e são menos afetadas pela gravidade , podendo permanecer em suspensão na atmosfera .
- Os gases podem ser mais ou menos densos que o ar , dependendo de sua natureza e, portanto, aumentar ou diminuir quando liberados na atmosfera.
- O sabor, cheiro e cor dos gases dependem dos elementos que os compõem.
- Os gases se difundem rapidamente no vácuo ou entre outros gases.
Propriedades químicas dos gases
Os átomos e moléculas de um gás estão distantes e se movendo em níveis de energia muito altos. Portanto, é impossível que eles permaneçam juntos e rígidos como no caso dos sólidos.
Devemos lembrar que o estado de agregação da matéria, em princípio, não altera as propriedades químicas das substâncias que a compõem. Portanto, a natureza química dos gases pode variar enormemente: alguns podem ser inertes, outros inflamáveis, corrosivos ou tóxicos , dependendo da reatividade química de seus elementos.
Lei geral do gás
Esta é uma lei que descreve o comportamento geral dos gases , combinando um conjunto de leis mais específicas, como a Lei de Boyle-Mariotte, a Lei de Charles e a Lei de Gay-Lussac. Todos eles se referem ao comportamento dos gases frente às variáveis de pressão, volume e temperatura.
- Lei de Boyle-Mariotte. Também chamada de lei de Boyle, formulada por Robert Boyle e Edme Marotte, relaciona a pressão e o volume de um gás à sua temperatura, para que, se for constante, os demais possam ser determinados. Isso é expresso como: PV = k, onde o último é constante se a temperatura e a massa do gás forem constantes. Então: P 1 V 1 = P 2 V 2 .
- Charles Law. Essa lei, semelhante à anterior, propõe que, a uma dada pressão, o volume ocupado por uma quantidade constante de gás seja diretamente proporcional à sua temperatura. Isso seria expresso assim: V 1 .T 2 = V 2 .T 1 .
- Lei Gay-Lussac. Da mesma forma, esta lei expressa que dada uma quantidade dada e constante de gás, sua pressão será diretamente proporcional à sua temperatura, desde que o volume permaneça constante. Isso é expresso da seguinte forma: P 1 / T 1 = P 2 / T 2 .
Assim, a Lei Geral do Gás propõe que, combinando as leis anteriores, é necessário:
PV / T = C
Aqui, P é a pressão, V é o volume, T é a temperatura e C é a constante.
Gases reais e gases ideais
Gases ideais são gases hipotéticos ou teóricos, imaginários, compostos de partículas que se movem aleatoriamente e sem interagir umas com as outras. Este é um conceito físico-químico útil para a mecânica estatística, pois permite o uso de uma equação de estado simplificada, conhecida como Lei dos Gases Ideais.
As propriedades dos gases ideais são:
- Eles sempre têm o mesmo número de moléculas
- Sem forças de atração ou repulsão entre as moléculas.
- Não há colapso entre as moléculas, nenhuma mudança em sua natureza física (ou seja, mudanças de fase).
- Um gás ideal ocupa sempre o mesmo volume, nas mesmas condições de pressão e temperatura.
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Evaporação de gás
É o processo pelo qual um líquido passa a > , também chamado de vaporização. Esse processo ocorre diariamente, com o aumento da energia térmica dos líquidos, por exemplo, pela ação da luz solar. Quando a temperatura sobe além do ponto de ebulição, o líquido se transforma em gás.
É importante notar que o ponto de ebulição é diferente dependendo do líquido em questão . Por exemplo, a água ferve a 100 ° C e se transforma em vapor (gás).
Além de ferver, um líquido pode evaporar em temperaturas mais baixas. Isso ocorre porque as moléculas de superfície podem ter energia cinética suficiente para quebrar suas ligações com outras moléculas e liberar na atmosfera. É por isso que a evaporação ocorre em superfícies como o mar .
Sublimação de gases
É o processo de mudança de fase que vai do estado sólido ao gasoso, sem passar primeiro pelo líquido . Embora sob certas condições de pressão e temperatura possa ocorrer com a água, ocorre com mais frequência com outras substâncias, como o iodo, que a 100 graus passa diretamente do estado sólido para o gasoso.
Condensação de gás
O processo oposto à evaporação, envolve a subtração da energia térmica de um gás . Como consequência, suas partículas se movem mais lentamente e se aglutinam com mais facilidade, transformando-se em gotas de líquido nas superfícies ou caindo ao solo .
É o que acontece na baixa atmosfera quando, após se af>da superfície terrestre , o vapor d’água evaporado se resfria e forma nuvens , das quais as gotas d’água voltam ao solo: é a chuva . Também pode ocorrer quando a umidade ambiente (estado gasoso) entra em contato com uma superfície fria, como uma garrafa.
Sublimação reversa
Também chamada de cristalização, em alguns contextos específicos, essa mudança de fase é contrária à sublimação , ou seja, envolve a passagem do gás diretamente para o sólido, sem antes passar pelo estado líquido. Ocorre sob condições de pressão muito específicas, que forçam as partículas de gás a se unirem para formar estruturas moleculares rígidas.
Um exemplo comum de sublimação reversa ocorre nos pólos da Terra , no topo das montanhas ou em qualquer outro ambiente onde a temperatura seja tão baixa que a água líquida não se forma de umidade, mas de gelo e neve.
Exemplos de estado gasoso
Aqui estão alguns exemplos de matéria no estado gasoso:
- Vapor de água. Ao evaporar, a água passa ao estado gasoso em forma de vapor: algo perfeitamente evidente quando fervemos a água ou certos líquidos em que ela está presente, quando sai da panela uma coluna de vapor esbranquiçado.
- Ar. O próprio ar que respiramos é uma massa homogênea de gás, uma mistura de elementos muito diferentes, como oxigênio (O 2 ), hidrogênio (H 2 ) e nitrogênio (N 2 ), que geralmente são transparentes, incolores e inodoros.
- Butano. É um gás de natureza orgânica derivado do petróleo , composto por hidrocarbonetos inflamáveis. É comumente usado para gerar calor em nossas cozinhas, quando abrimos a torneira e esse gás sai.
- Metano. Este é outro gás hidrocarboneto, um subproduto frequente dos processos de decomposição da matéria orgânica. Pode ser encontrada em pântanos, esgotos ou mesmo nos intestinos de animais, onde existem bactérias anaeróbias que a produzem. Possui um odor desagradável muito característico.