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Biblioteca de Química
A teoria cinética molecular dos gases
A teoria cinética molecular (TCM) descreve o comportamento de gases ideais no nível das partículas. Os cinco principais postulados da TCM são: (1) as partículas em um gás estão em movimento aleatório e constante, (2) o volume combinado das partículas é desprezível, (3) as partículas não exercem forças umas sobre as outras, (4) todas as colisões entre as partículas são completamente elásticas e (5) a energia cinética média das partículas é proporcional à temperatura em Kelvin. Versão original criada por Sal Khan.
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- Você tem alguma aula que faz a demonstração da equação fundamental da teoria cinética?(1 voto)
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RKA20JL - Alô, alô, moçada!
Tudo bem com vocês? Hoje, aprenderemos um pouquinho sobre
a teoria cinética molecular dos gases. Comecemos pensando em como podemos medir
o volume de um gás em nível macro. Você sabe o que
significa nível macro? Significa em grande escala, uma escala bem
maior do que a escala de átomos ou moléculas. Em nível macro, podemos medir
a pressão dos gases. Sabe como? Bom, a pressão é uma força exercida
por uma unidade de área. Existem várias engenhocas que você pode
usar para medir a pressão, a depender do que você pretende:
a força você pode medir com molas e aplicar certas forças a certas
áreas quadradas, por exemplo. Outra maneira de medir a pressão é avaliando
o volume que o gás ocupa em um recipiente. Imagine aí em um recipiente tipo esse
que desenhei aqui para você. Podemos encontrar o volume de um
prisma retangular como este. Podemos calcular, também, o volume de uma
esfera ou qualquer outra figura geométrica. Existem muitas maneiras
de medir o volume. Sabemos que, dentro deste local,
há muitas moléculas. Também somos capazes
de medir a temperatura e podemos fazer isso
em diferentes escalas. A escala Kelvin é a que usamos
porque é uma escala absoluta. Mas você pode usar termômetros em
outras escalas para medir a temperatura. Mais uma vez, você
pode medir a temperatura sem saber nada sobre átomos
ou moléculas ou se elas existem. Você também pode medir a
quantidade de uma substância. Medir a quantidade de uma substância significa
dizer quantos mols há naquele volume. Agora você pode
dizer que os mols não envolvem um certo
número de moléculas ou átomos. Bom, o volume,
a temperatura, a quantidade em mols, nós
podemos medir em nível macro. Todos esses fatores estão presentes
na equação dos gases ideais, que é definida por pressão do gás vezes o volume é
igual à quantidade de gás com que estamos lidando, simbolizamos por esse n aqui,
medido em mols, vezes uma constante R, que é a
constante dos gases ideais (e vamos falar sobre como alguns gases
se aproximam deste ideal) e vezes a temperatura,
medida em Kelvin. Então, temos
PV = n R T. Os cientistas, há muito tempo, conseguiram
fazer essa relação da equação a partir dos conhecimentos sobre átomos
e observando as moléculas e os parâmetros macro que já conversamos, mas como essas
medições em escala macro e as relações presentes na equação fazem
sentido em nível molecular? É isso que a teoria
cinética nos fornece. Imagine que o gás está sendo feito
de um monte de pequenas partículas de gás. Por serem bem pequeninas, elas
ocupam um volume pequeno, mesmo pensando no coletivo
de todas essas moléculas em comparação com o volume de
um grande recipiente. Imagine, também, que há um espaço vazio
entre essas partículas de gás. E agora, pense na pressão
causada por essas partículas, quicando nas laterais do recipiente,
exercendo uma força por uma unidade de área ali dentro.
Ou seja, uma pressão. Essas colisões são
conhecidas como força elástica e isso daremos com mais detalhes
em um curso de física. Mas, em resumo, a força elástica diz
que a energia cinética é preservada. E assim, a energia cinética dessas
partículas quando elas ricocheteiam, sua massa não muda.
A massa das partículas ainda está lá. E estamos dizendo que a velocidade desse
ricochetear será preservada. Então, você tem todas
essas partículas pequeninas exercendo uma pressão por ter colisões
elásticas nas laterais do recipiente. E a temperatura está relacionada com
a energia cinética média dessas partículas,
de forma proporcional: quanto mais alta a temperatura, mais
alta a energia cinética média. Agora, a energia cinética média
é muito importante, porque algumas dessas partículas podem estar
se movendo mais rápido do que outras. O n, o número de mols, nos diz com
quantas partículas estamos lidando. Sabemos que cada mol possui o número
de partículas da constante de Avogadro. Então, se você multiplicar várias vezes
o número de Avogadro, você tem o
número de partículas. Estamos aqui
construindo uma teoria, mas os químicos e físicos
conseguem enxergar além. Eles visualizam esses processos
acontecendo dentro dos recipientes. Só para deixar um
pouco mais claro, os axiomas que você poderia dizer da
teoria molecular cinética, as suposições disso, eu as darei aqui,
e é importante perceber que estas são suposições
e, no mundo real, temos uma pequena variação
dessas suposições. Porém, elas nos ajudam muito
a explicar o comportamento dos gases. Bom, retomando, então: o gás consiste em
partículas pequenas em movimento aleatório constante, que estão sempre
pressionando as laterais dos recipientes. O volume das
partículas é desprezível quando comparado com o volume total
em que o gás está contido. Dizer isso é importante
quando se fala de gases ideais. As partículas não exercem atração ou
forças repulsivas umas sobre as outras. As colisões entre as partículas são elásticas
e elas preservam a energia cinética, e a energia cinética média das partículas
é proporcional à temperatura em Kelvin. Por hoje, é só. Continue
estudando com a Khan Academy! Bons estudos
e até logo!