Propriedades da matéria: gases

Os gases preencherão um recipiente de qualquer tamanho ou forma uniformemente.

O gás é um estado da matéria que não tem forma fixa nem volume fixo. Os gases têm uma densidade menor do que outros estados da matéria, como sólidos e líquidos. Há muito espaço vazio entre as partículas, que têm muita energia cinética e não são particularmente atraídas umas pelas outras. As partículas de gás movem-se muito rapidamente e colidem umas com as outras, fazendo com que se difundam ou se espalhem até que se distribuam uniformemente por todo o volume do recipiente.

De acordo com o site educacional Lumen Learning, o gás só pode ser contido estando totalmente cercado por um recipiente ou mantido unido pela gravidade.

Quando mais partículas de gás entram em um recipiente, há menos espaço para as partículas se espalharem e elas se tornam comprimidas. As partículas exercem mais força sobre o volume interior do recipiente. Essa força é chamada de pressão. Existem várias unidades usadas para expressar a pressão. Alguns dos mais comuns são atmosferas (atm), libras por polegada quadrada (psi), milímetros de mercúrio (mmHg) e pascais (Pa). As unidades se relacionam entre si desta forma: 1 atm = 14,7 psi = 760 mmHg = 101,3 kPa (1.000 pascais).

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Um gás pode ser convertido em líquido por meio de compressão a uma temperatura adequada, de acordo com a Purdue University. Mas se a temperatura crítica for atingida, o vapor não pode ser liquefeito, independentemente da pressão aplicada. Pressão crítica é a pressão necessária para liquefazer um gás em sua temperatura crítica.

Exemplos de temperaturas críticas e pressão de diferentes substâncias de acordo com o Engineering Toolbox

Além da pressão, denotada nas equações como P, os gases possuem outras propriedades mensuráveis: temperatura (T), volume (V) e número de partículas, que é expresso em número de mol (n ou mol). Em trabalhos envolvendo temperatura de gás, a escala Kelvin é freqüentemente usada.

Como a temperatura e a pressão variam de um lugar para outro, os cientistas usam um ponto de referência padrão, chamado temperatura e pressão padrão (STP), em cálculos e equações. A temperatura padrão é o ponto de congelamento da água - 32 graus Fahrenheit (0 graus Celsius ou 273,15 Kelvin). A pressão padrão é uma atmosfera (atm) — a pressão exercida pela atmosfera na Terra ao nível do mar.

Temperatura, pressão, quantidade e volume de um gás são interdependentes, e muitos cientistas desenvolveram leis para descrever as relações entre eles.

Nomeado em homenagem a Robert Boyle, que o declarou pela primeira vez em 1662. A lei de Boyle afirma que, se a temperatura for mantida constante, o volume e a pressão terão uma relação inversa; isto é, conforme o volume aumenta, a pressão diminui, de acordo com a Universidade da Califórnia, Davis' ChemWiki.

Aumentar a quantidade de espaço disponível permitirá que as partículas de gás se espalhem, mas isso reduz o número de partículas disponíveis para colidir com o recipiente, de modo que a pressão diminui.

Diminuir o volume do recipiente força as partículas a colidirem com mais frequência, de modo que a pressão aumenta. Um bom exemplo disso é quando você enche um pneu com ar. À medida que mais ar entra, as moléculas de gás se juntam, reduzindo seu volume. Enquanto a temperatura permanece a mesma, a pressão aumenta.

Em 1802, Joseph Louis Gay-Lussac, um químico e físico francês, fez referência a dados coletados por seu compatriota, Jacque Charles, em um artigo que descrevia a relação direta entre a temperatura e o volume de um gás mantido a uma pressão constante. A maioria dos textos se refere a isso como lei de Charles, mas alguns a chamam de lei de Gay-Lussac, ou mesmo lei de Charles Gay-Lussac.

Esta lei afirma que o volume e a temperatura de um gás têm uma relação direta: à medida que a temperatura aumenta, o volume aumenta quando a pressão é mantida constante. O aquecimento de um gás aumenta a energia cinética das partículas, fazendo com que o gás se expanda. Para manter a pressão constante, o volume do recipiente deve ser aumentado quando um gás é aquecido.