Explicar o gráfico de fator de compressibilidade (Z) em função da pressão. Explique a correlação entre as forças intermoleculares e as forças de atração nas moléculas dos gases.
Passo 1
Então, vamos lá! O exercício pede para explicar o gráfico do fator de compressibilidade (Z) em função da pressão. Vamos trabalhar com conceitos de termodinâmica dos gases, especialmente relacionados às forças entre as moléculas dos gases. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é o fator de compressibilidade, como ele se comporta com a pressão e como as forças intermoleculares influenciam esse comportamento.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é o fator de compressibilidade (Z). Ele é definido pela fórmula:
Onde:
-
é a pressão, -
é o volume, -
é a constante dos gases, -
é a temperatura.
Esse fator nos ajuda a saber quão próximo um gás real se comporta de um gás ideal (onde Z = 1).
Passo 3
Agora, vamos pensar em como Z se comporta quando a pressão aumenta. Em gases reais, as moléculas não são pontos perfeitos e interagem entre si. Quando a pressão aumenta, as moléculas ficam mais próximas, e as forças intermoleculares se tornam mais significativas.
Passo 4
No gráfico de Z versus pressão, geralmente vemos que Z começa menor que 1, aumenta com a pressão até ultrapassar 1 e depois pode estabilizar ou variar de acordo com o gás e as condições. Isso acontece porque:
-
Em baixas pressões, as forças de atração entre as moléculas predominam, fazendo com que o volume seja menor que o previsto pelo modelo de gás ideal (Z < 1).
-
Em pressões mais altas, as forças de repulsão tornam-se mais importantes à medida que as moléculas são comprimidas, fazendo com que o volume real seja maior que o previsto pelo gás ideal (Z > 1).
Passo 5
As forças intermoleculares são as interações entre as moléculas. Quando essas forças são significativas, elas afetam o comportamento do gás:
-
Forças de atração: Vinculam as moléculas umas às outras, reduzindo a liberdade de movimento e o espaço ocupado pelo gás, especialmente em baixas pressões.
-
Forças de repulsão: Tornam-se mais evidentes quando as moléculas são forçadas a se aproximarem, como em altas pressões, aumentando o volume ocupado.
Passo 6
Então, a correlação entre as forças intermoleculares e o fator de compressibilidade Z está no equilíbrio entre essas forças de atração e repulsão. Em baixas pressões, as forças de atração diminuem o volume, resultando em Z < 1. Em altas pressões, as forças de repulsão aumentam o volume, resultando em Z > 1.
Resposta
O gráfico do fator de compressibilidade (Z) em função da pressão mostra que, em baixas pressões, Z é menor que 1 devido às forças de atração intermoleculares que reduzem o volume do gás. À medida que a pressão aumenta, as forças de repulsão tornam-se dominantes, fazendo com que Z ultrapasse 1. Dessa forma, há uma correlação direta entre as forças intermoleculares e o comportamento de Z: forças de atração aumentam Z em baixas pressões, enquanto forças de repulsão aumentam Z em altas pressões.