Qual é a Lei do Gás Ideal?

A lei do gás ideal é uma equação matemática que você pode usar para resolver problemas relacionados à temperatura, volume e pressão dos gases. Embora a equação seja uma aproximação, é muito boa e é útil para uma ampla gama de condições. Ele usa duas formas intimamente relacionadas que explicam a quantidade de um gás de maneiras diferentes.

TL; DR (muito longo; Não li)

A lei do gás ideal é PV = nRT, onde P = pressão, V = volume, n = número de moles de gás, T é a temperatura e R é uma constante de proporcionalidade, geralmente 8,314. A equação permite resolver problemas práticos com gases.

Você lida com gases na vida cotidiana, como o ar que respira, o hélio em um balão de festa ou metano, o "gás natural" que você usa para cozinhar alimentos. Essas substâncias têm propriedades muito semelhantes em comum, incluindo a maneira como respondem à pressão e ao calor. No entanto, em temperaturas muito baixas, a maioria dos gases reais se transforma em líquido. Em comparação, um gás ideal é mais uma ideia abstrata útil do que uma substância real; por exemplo, um gás ideal nunca se transforma em líquido e não há limite para sua compressibilidade. No entanto, a maioria dos gases reais está perto o suficiente de um gás ideal para que você possa usar a lei dos gases ideais para resolver muitos problemas práticos.

As equações da lei do gás ideal têm pressão e volume de um lado do sinal de igual e quantidade e temperatura do outro. Isso significa que o produto da pressão e do volume fica proporcional ao produto da quantidade e da temperatura. Se, por exemplo, você aumentar a temperatura de uma quantidade fixa de gás em um volume fixo, a pressão também deve aumentar. Ou, se você mantiver a pressão constante, o gás deve se expandir para um volume maior.

Para usar a lei do Gás Ideal corretamente, você deve empregar unidades absolutas de temperatura. Graus Celsius e Fahrenheit não funcionam porque podem ir para números negativos. As temperaturas negativas na lei do Gás Ideal fornecem pressão ou volume negativo, o que não pode existir. Em vez disso, use a escala Kelvin, que começa no zero absoluto. Se você trabalha com unidades inglesas e deseja uma escala relacionada a Fahrenheit, use a escala Rankine, que também começa no zero absoluto.

A primeira forma comum da equação do Gás Ideal é PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de moles de gás, R é uma constante de proporcionalidade, normalmente 8,314 e T é a temperatura. Para o sistema métrico, use pascais para pressão, metros cúbicos para volume e Kelvins para temperatura. Para dar um exemplo, 1 mol de gás hélio a 300 Kelvins (temperatura ambiente) está abaixo de 101 quilopascais de pressão (pressão ao nível do mar). Quanto volume ocupa? Tome PV = nRT e divida ambos os lados por P, deixando V sozinho no lado esquerdo. A equação se torna V = nRT ÷ P. Um mole (n) vezes 8,314 (R) vezes 300 Kelvins (T) dividido por 101.000 pascal (P) dá 0,0247 metros cúbicos de volume, ou 24,7 litros.

Nas aulas de ciências, outra forma comum de equação do Gás Ideal que você verá é PV = NkT. O grande “N” é o número de partículas (moléculas ou átomos) e k é uma constante de Boltzmann, um número que permite usar o número de partículas em vez de moles. Observe que, para hélio e outros gases nobres, você usa átomos; para todos os outros gases, use moléculas. Use esta equação da mesma maneira que a anterior. Por exemplo, um tanque de 1 litro contém 10²³ moléculas de nitrogênio. Se você diminuir a temperatura para 200 Kelvins de gelar os ossos, qual é a pressão do gás no tanque? Tome PV = NkT e divida ambos os lados por V, deixando P sozinho. A equação se torna P = NkT ÷ V. Multiplique 10²³ moléculas (N) pela constante de Boltzmann (1,38 x 10^-23), multiplique por 200 Kelvins (T) e, em seguida, divida por 0,001 metros cúbicos (1 litro) para obter a pressão: 276 quilopascais.