Ao longo dos séculos, os cientistas descobriram leis que explicam como propriedades como volume e pressão afetam o comportamento dos gases. Você testemunha a aplicação na vida real de pelo menos uma dessas leis - a lei de Boyle - diariamente, talvez sem nunca saber que está observando importantes princípios científicos em ação.
Movimento molecular, volume e bolas de futebol
De acordo com a lei de Charles, o aumento do volume é proporcional ao aumento da temperatura se você aquecer uma quantidade fixa de gás a pressão constante. Demonstre essa lei observando como uma bola de futebol inflada que fica dentro de casa fica menor se você jogá-la fora em um dia frio. Os distribuidores de propano tiram proveito da lei de Charles, baixando a temperatura para -42,2 graus Celsius (-44 Fahrenheit) - uma ação que converte o propano em um líquido mais fácil de transportar e loja. O propano se liquefaz porque, à medida que a temperatura cai, as moléculas do gás ficam mais próximas e o volume diminui.
A respiração dificultada, cortesia da Lei de Dalton
A lei de Dalton diz que a pressão total de uma mistura de gases é igual à soma de todos os gases contidos na mistura, conforme mostrado na seguinte equação:
Este exemplo assume que apenas dois gases existem na mistura. Uma consequência dessa lei é que o oxigênio é responsável por 21% da pressão total da atmosfera, pois constitui 21% da mesma. Pessoas que ascendem a grandes altitudes experimentam a lei de Dalton quando tentam respirar. À medida que sobem mais alto, a pressão parcial do oxigênio diminui à medida que a pressão atmosférica total diminui de acordo com a lei de Dalton. O oxigênio tem dificuldade para chegar à corrente sanguínea quando a pressão parcial do gás diminui. A hipóxia, um problema médico sério que pode resultar em morte, pode ocorrer quando isso acontece.
Implicações surpreendentes da Lei de Avogadro
Amadeo Avogadro fez propostas interessantes em 1811 que agora formulam a lei de Avogadro. Ele afirma que um gás contém o mesmo número de moléculas que outro gás de igual volume na mesma temperatura e pressão. Isso significa que quando você duplica ou triplica as moléculas de um gás, o volume dobra ou triplica se a pressão e a temperatura permanecerem constantes. As massas dos gases não serão as mesmas, pois têm pesos moleculares diferentes. Esta lei afirma que um balão de ar e um balão idêntico contendo hélio não pesam o mesmo porque as moléculas de ar - consistindo principalmente de nitrogênio e oxigênio - têm mais massa do que o hélio moléculas.
A magia das relações de pressão inversa
Robert Boyle também estudou as relações intrigantes entre volume, pressão e outras propriedades do gás. De acordo com sua lei, a pressão de um gás multiplicada pelo seu volume é uma constante se o gás funcionar como um gás ideal. Isso significa que a pressão de um gás vezes o volume em um momento é igual à pressão vezes o volume em outro, depois de ajustar uma dessas propriedades. A seguinte equação ilustra essa relação:
P_1V_1 = P_2V_2
Em gases ideais, a energia cinética compreende toda a energia interna do gás e ocorre uma mudança de temperatura se essa energia mudar. (ref 6, primeiro parágrafo com referência a esta definição). Os princípios desta lei afetam várias áreas da vida real. Por exemplo, quando você inspira, o diafragma aumenta o volume dos pulmões. A lei de Boyle afirma que a pressão pulmonar diminui, fazendo com que a pressão atmosférica encha os pulmões de ar. O inverso acontece quando você expira. Uma seringa é preenchida usando o mesmo princípio, puxando seu êmbolo e o volume da seringa aumenta, causando uma diminuição correspondente da pressão interna. Como o líquido está à pressão atmosférica, ele flui para a área de baixa pressão dentro da seringa.