A equação de estado de um gás perfeito foi estabelecida pela combinação de uma série de leis empíricas que surgiram de observações experimentais. Relacione estes experimentos e apresente as condições em que foram feitos e a que conclusões os experimentos levaram.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um exercício que pede para relacionar os experimentos que levaram à criação da equação de estado do gás ideal. Isso envolve conhecer algumas leis fundamentais da física dos gases, como a Lei de Boyle, a Lei de Charles, a Lei de Avogadro, entre outras. Para resolver, vamos precisar entender cada uma dessas leis, os experimentos que as originaram, as condições em que foram feitos e quais conclusões tiraram dessas observações.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre a Lei de Boyle. Esse experimento foi feito por Robert Boyle no século XVII. Ele observou que, mantendo a temperatura constante, o volume de um gás varia inversamente com a pressão aplicada. Matematicamente, isso é expresso como:
Condições do experimento: Temperatura constante (processo isotérmico).
Conclusão: A pressão e o volume de um gás são inversamente proporcionais quando a temperatura é mantida constante.
Passo 3
Agora, a Lei de Charles foi estabelecida por Jacques Charles no final do século XVIII. Ele percebeu que, mantendo a pressão constante, o volume de um gás varia diretamente com a sua temperatura absoluta (em Kelvin). A fórmula é:
Condições do experimento: Pressão constante.
Conclusão: O volume de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta quando a pressão é constante.
Passo 4
Seguimos para a Lei de Avogadro, proposta por Amedeo Avogadro no início do século XIX. Ele sugeriu que, sob condições iguais de temperatura e pressão, volumes iguais de gases contêm o mesmo número de partículas (moléculas). Isso é representado por:
Condições do experimento: Temperatura e pressão constantes.
Conclusão: O volume de um gás é diretamente proporcional ao número de mols de partículas presentes quando temperatura e pressão são mantidas constantes.
Passo 5
Além dessas, a Lei de Gay-Lussac também contribui, estabelecida por Joseph Louis Gay-Lussac. Ele descobriu que, mantendo o volume constante, a pressão de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta:
Condições do experimento: Volume constante.
Conclusão: A pressão de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta quando o volume é mantido constante.
Passo 6
Agora, juntando todas essas leis, podemos combinar as relações para chegar à Equação de Estado dos Gases Ideais. Considerando que:
onde
é a pressão,
o volume,
o número de mols,
a constante universal dos gases e
a temperatura absoluta.
Resposta
A equação de estado dos gases ideais,
, foi estabelecida combinando as leis de Boyle, Charles, Avogadro e Gay-Lussac. Cada uma dessas leis, através de experimentos realizados em condições específicas de temperatura, pressão e volume, contribuiu para a formulação final que descreve o comportamento ideal dos gases.