i) Calcule a pressão exercida por
de
confinado a 500 K em um recipiente de volume igual a
nas hipóteses de (a) comportamento de gás perfeito e (b) comportamento de gás de van der Waals. (Para o ácido sulfídrico considere as constantes de van der Waals:
).
ii) Explique a diferença entre os valores encontrados para cada hipótese no item i, discutindo o significado físico das constantes a e b de van der Waals. A partir dessa discussão, explique que tipos de força dominam entre as moléculas do gás: atrativas ou repulsivas.
ii) Explique a diferença entre os valores encontrados para cada hipótese no item i, discutindo o significado físico das constantes a e b de van der Waals. A partir dessa discussão, explique que tipos de força dominam entre as moléculas do gás: atrativas ou repulsivas.
Passo 1
Vamos resolver um exercício sobre gases, especificamente comparando o comportamento de um gás perfeito com o de um gás real usando a equação de van der Waals. Precisamos calcular a pressão exercida por 1,00 mol de H₂S a 500 K em um recipiente de 150 cm³. Para isso, usaremos as leis dos gases e as constantes fornecidas para a equação de van der Waals.
Passo 2
Primeiro, vamos converter o volume de 150 cm³ para litros, já que as unidades das constantes de van der Waals estão em decímetros cúbicos (dm³) e litros são equivalentes a dm³.
Passo 3
Agora, vamos calcular a pressão usando a Lei dos Gases Perfeitos, que é dada por:
Onde:
-
é a pressão, -
é o volume, -
é o número de mols, -
é a constante dos gases (0,0821 atm·dm³/mol·K), -
é a temperatura.
Passo 4
Reorganizando a equação para resolver
:
Substituindo os valores:
Passo 5
Calculando:
Passo 6
Agora, vamos usar a Equação de van der Waals para um gás real, que ajusta a Lei dos Gases Perfeitos levando em conta as interações entre as moléculas e o volume ocupado por elas. A equação é:
Onde:
-
e são constantes específicas para cada gás.
Passo 7
Primeiro, vamos substituir os valores conhecidos na equação:
Passo 8
Calculando passo a passo:
- Calculando
:
- Calculando
:
- Calculando o lado direito da equação:
Passo 9
Substituindo os valores:
Passo 10
Isolando
:
Resposta
a) A pressão exercida pelo gás perfeito é 273,67 atm.
b) A pressão exercida pelo gás de van der Waals é 185,27 atm.
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c) Alguma das máquinas opera de forma reversível? Justifique.
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Uma barra de ferro foi colocada no interior de um contêiner sob pressão constante de 1,0 atm. Esperou-se tempo suficiente para que o equilíbrio térmico entre a barra e o contêiner fosse alcançado e verificou-se que durante o processo o volume da barra aumentou
. Para o sistema sob estudo (barra de ferro):
b) Classifique o sistema sob estudo em aberto, fechado ou isolado. Justifique sua resposta.
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c) Calcule o trabalho de expansão/compressão realizado sobre o sistema durante o referido processo necessário para alcançar o equilíbrio térmico.
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Considere que um mol de gás ideal (
), inicialmente a
e 100 kPa , é adiabaticamente comprimido até que sua temperatura atinja
:
a) Calcule e
para esse processo.
a) Calcule