Diferença entre gás ideal e real: volume, pressão e temperatura

O conhecimento dos gases e de suas propriedades é de grande importância na química, uma vez que os gases estão sempre presentes em nosso dia-a-dia. De fato, o ar que respiramos é indispensável à nossa vida, como também à vida de todos os animais e vegetais. Vários elementos químicos importantes estão presentes em substância gasosas em condições ambientes: H₂, N₂, Cl₂ e os gases nobres. Muitos compostos químicos importantes também são gasosos: CO₂, CO, NO, NO₂, N₂O, NH₃, SO₂, H₂S, HCl, CH₄, etc.

Quando estudamos um gás, devemos sempre considerar as seguintes grandezas fundamentais: a massa, o volume, a pressão e a temperatura. As influências da pressão e da temperatura são tão grandes que realmente só tem sentido mencionarmos o volume de um gás fornecendo sua pressão e sua temperatura. Diante disso, vamos ver quais são as unidades das grandezas mais usadas nos cálculos das transformações gasosos, para isso vamos conceituar volume, pressão e temperatura de um gás ideal ou perfeito (seria o gás que obedece, rigorosamente, às leis físicas dos gases; em quaisquer condições de pressão e temperatura e também deveria encaixar-se perfeitamente no modelo descrito pela teoria cinética). Na prática tal gás não existe, o que existe é o gás real (gás que se assemelha mais ao gás ideal, teórico, à medida que a pressão diminui e a temperatura aumenta).

Resumido, em relação às variáveis de estado, admitiremos o seguinte modelo de comportamento para o gás ideal:

Volume

O volume que um gás ideal ocupa é igual ao volume do recipiente que o contém. O volume das partículas é desprezível em relação ao volume do recipiente.

A IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) adota o Sistema Internacional de Unidades, SI, em suas publicações. No SI o volume é expresso em metros cúbicos, m3. Em Química, como trabalhamos em pequena escala, utilizamos muito o litro, L, e o mililitro, mL (sendo que 1 mL é igual a 1 cm³). Os fatores de conversão são:

Sendo, L = litro, mL = mililitro; cm³ = centímetro cúbico e m³ = metro cúbico.

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Pressão

A pressão que um gás exerce é o resultado das colisões das partículas do gás contra as paredes do recipiente que o contém; essas colisões ocorrem sem variação da energia total (desde que o gás esteja em equilíbrio térmico com o meio externo).

A IUPAC e o SI adotam o pascal, Pa, como unidade de pressão, sendo que: 1 pascal é a pressão exercida por uma força de newton, uniformemente distribuída sobre uma superfície plana de 1 metro quadrado de área, perpendicular à direção da força. A pressão em pascal, Pa, é expressa em:

P pascal, porém, é uma unidade de pressão relativamente pequena; por exemplo, a pressão de 1 Pa equivale aproximadamente àquela que uma camada fina de manteiga exerce sobre uma fatia de pão. Por isso é preferível trabalhar em kPa (quilopascal). Os fatores de conversão são:

Sendo, Pa = pascal; atm = atmosfera; torr = torricelli; cmHg = centímetro de mercúrio e mmHg = milímetro de mercúrio.

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Temperatura

A temperatura termodinâmica (T) é diretamente proporcional à energia cinética média das partículas que constituem o gás.

No Brasil a unidade de temperatura mais adotada é o grau Celsius, simbolizado por °C. Em Química trabalhamos muito com o kelvin, K, denominada temperatura termodinâmica, que é adotada pelo Sistema Internacional de Unidades e, portanto, pela IUPAC. A variação de temperatura de 1 °C é igual à variação de 1 K. Os fatores de conversão são:

Sendo, T_K = temperatura em Kelvin e T_c = temperatura em graus Celsius ou centígrado.

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