Enunciado

Com que frequência as moléculas de oxigênio ( O 2 ) colidem à temperatura de 400   K e a uma pressão de 2,00   a t m ? Suponha que as moléculas têm 290   p m de diâmetro e que o oxigênio se comporta como um gás ideal.

Passo 1

Faala ae! Beleza??

Então, a frequência das colisões segue essa fórmula aqui:

f = v m é d λ

Onde v m é d é a velocidade média das moléculas no gás, e λ é o livre caminho médio, que seguem essas outras duas fórmulas:

v m é d = 8 R T π M

λ = 1 2 π d 2 ( N / V )

Passo 2

Primeiro vamos calcular a velocidade média.

Já temos quase todas as informações, só precisamos consultar a massa molar M do oxigênio O 2 em alguma tabela. Essa massa molar é M = 32   g / m o l = 32 ∙ 10 - 3 k g / m o l :

v m é d = 8 R T π M

Substituindo os valores:

v m é d = 8 ( 8,31 ) ( 400 ) π ( 32 ∙ 10 - 3 ) = 514   m / s

Passo 3

No caso do livre caminho médio, falta saber aquele quociente N / V .

Se a gente usar uma das formas da lei dos gases ideais:

p V = N k T

N V = p k T

Ótimo, os outros valores a gente conhece, então vamos substituir na fórmula:

λ = 1 2 π d 2 p k T

Passando o k T para cima:

λ = k T 2 π d 2 ( p )

Onde k é a constante de Boltzmann:

k = 1,39   .   10 - 23   J / K

E o resto a gente já sabe do enunciado:

λ = ( 1,39.10 - 23 ) ( 400 ) 2 π 290.10 - 12 2 ( 2,02.10 5 ) = 7,3665   .   10 - 8   m

λ = 7,37   .   10 - 8   m

Passo 4

Agora é só substituir isso tudo na equação lá de cima, do passo 1:

f = v m é d λ

f = 514 7,37.10 - 8 = 6,9742   .   10 9   H z

f = 6,97   .   10 9   H z

Prontinho! Acabou! 😊

Resposta

A frequência das colisões é 6,97.10 9   H z .

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