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ATMOSFERA
Temperatura, pressão, densidade e grandezas associadas.
As camadas na atmosfera são:
Troposfera.
Estratosfera.
Mesosfera
Termosfera
Exosfera
As camadas na atmosfera são definidas a partir de pontos
mínimos e máximos da variação da temperatura com a
altitude.
As zonas de fronteira tomam o nome de :
Tropopausa.
Estratopausa.
Mesopausa
Termopausa
Próximidade do Sol.
Interacção da radiação solar com os gases
atmosféricos.
Ocorrência de reacções químicas entre espécies
atmosféricas.
Quanto maior for a altitude menor é a temperatura.
A variação de temperatura na troposfera é devida ao facto
da superfície da Terra aquecer as camadas de ar mais
próximas. O ar quente, menos denso, sobe, permitindo que
camadas de ar frio desçam, num movimento vertical de
convecção. As massas de ar podem também mover-se
horizontalmente pela acção dos ventos.
Depende também da latitude e longitude.
Diminui até cerca -60 ºC.
A diminuição da pressão com a altitude leva à expansão dos
gases ascendentes e provoca o arrefecimento dos gases.
O aumento da temperatura, com a altitude, na
estratosfera , está associado à absorção pelo ozono da
radiação ultravioleta emitida pelo Sol, evitando que
os raios mais perigosos atinjam a Terra e protejam os
seres vivos. O ozono, absorve as radiações UV-B(280-320 nm), transformando-se em dioxigénio, sendo
esta reacção fortemente exotérmica:
2 O3 + UV → 3 O2 + calor
A temperatura dinimui com a altitude até ao valor
mínimo de -90 ºC a 80 km.
Esta variação é atribuída à diminuição da influência
do ozono e ao afastamento da Terra que leva a uma
progressiva rarefação e consequente arrefecimento.
Dá-se a volatilização das estrelas cadentes,
meteoritos…
As moléculas existem dissociadas e ionizadas devido à
radiação ultravioleta e ao vento solar.
A elevada temperatura observada resulta do choque
entre moléculas e iões (acelerados por campos
eléctricos e magnéticos locais).
A temperatura (450-2300 ºC) depende da actividade
solar sendo maior durante o dia.
Zona onde as ondas rádio se reflectem voltando à
Terra o que facilita as comunicações.
A densidade da atmosfera é extremamente baixa.
A atmosfera é constituida exclusivamente por alguns
iões ( não existem moléculas gasosas neutras)
Como varia a pressão e a densidade com a altitude ?
A massa gasosa que constitui a atmosfera é atraída
para a Terra devido à força da gravidade.
A pressão exercída pelo peso de uma coluna de ar com
a altura igual à da atmosfera e base de um metro
quadrado designa-se por pressão atmosférica.
Diminuem à medida que a altitude aumenta.
À temperatura de 0 ºC e ao nível das águas do mar, a
pressão atmosférica normal é igual a 760 mm Hg.
A IUPAC define Pressão Atmosférica Padrão como
sendo Pa.
A esta pressão atmosférica – padrão corresponde o
volume molar (padrão) : 22,71 L/mol
À medida que a altitude aumenta, a pressão
atmosférica (e a densidade da atmosfera) vai
diminuindo. A 11 km é cerca de 25% da pressão
atmosférica normal, mas na estratosfera é cerca de mil
vezes menor.
Em 1811, formulou a hipótese sobre a composição
molecular dos gases. Formou-se em ciências jurídicas, mas
exerceu a advocacia por pouco tempo, dedicando-se como
amador à matemática, à física e à química. Em 1809 tornou-
se professor de física e de matemática no Realli Collegio de
Vercelli. Em 1811, com base nos estudos de Joseph-Louis
Gay-Lussac, enunciou o extraordinário princípio de
Avogadro:
Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmascondições de temperatura e pressão, têm o mesmonúmero de moléculas.
Lei de Avogadro
Em vez de número de Avogadro, usa-se, de
forma mais apropriada, a constante de
Avogadro, , cuja unidade é , que
significa número de entidades por mole.
Volume Molar (Vm)
É o volume ococupado por uma mole de gás. Exprime-se
em decímetros cúbicos por mole ou em litros por mole.
O volume molar de qualquer gás nas condições PTN é
sempre 22,4 .
Nesse volume existem moléculas.
Volume Molar (Vm)
Normalmente, em condições de pressão e temperatura
ambientais ou próximas destas, como acontece na
troposfera, as moléculas de uma amostra no estado
gasoso ocupam um espaço infimo quando comparado com
o volume da amostra.
Por isso, o volume ocupado por um gás praticamente não
depende do tipo de moléculas que o constituem, mas sim
do seu número.
Volume Molar (Vm)
O facto do volume molar de um gás não depender do tipo
de moléculas desse gás subentende duas afirmações:
O volume das moléculas é desprezável quando
comparado com o volume do gás.
As moléculas do gás praticamente não interagem entre
si (pois estão afastadas umas das outras).
Mole – Substâncias GasosasÉ fácil medir uma mole de moléculas de oxigénio?
O oxigénio é um gás.
Basta medir um volume de 22,4 L, nas
condições PTN, e obtemos moléculas.
Mole – Substâncias Sólidas e líquidas
É fácil medir uma mole de moléculas destas
substâncias?
Não sabemos qual o volume molar!
Como podemos medir a quantidade de matéria?
Para dar resposta à questão temos que definir
uma nova grandeza – a massa molar
Massa Molar
A massa molar (M) indica a massa (m) por unidade
de quantidade de matéria, (n) e é expressa em gramas
por mole (g/mol)
Massa Molar
A massa molar diz-nos qual é a massa que
corresponde a uma mole de determinada
substância. Por exemplo:
Como : e a
Densidade ar/ densidade da água
Variação da densidade da água com a temperatura
Densidade de substâncias sólidas
Síntese:
A densidade dos gases é muito menor do que a dos
líquidos e sólidos.
Uma mole de moléculas de água no estado
líquido ocupa 18 cm3, mas o mesmo número de
moléculas, no estado gasoso, à mesma temperatura,
ocupa 22,4 dm3, um volume cerca de 1244 vezes
maior.Na mesosfera a densidade é cerca de 1000 vezes
menor que na troposfera.
Síntese:
As grandezas mais usadas em química:
Síntese:
O número de partículas , N, presentes numa
amostra é :
N = n x NA
A massa de uma amostra é:
m = n x M
O volume ocupado por uma amostra de um qualquer
gás a PTN é:
V = n x Vm
Síntese:
N – número de partículas da amostra
NA – constante de Avogadro
n – quantidade de matéria
m – massa da amostra
M – massa molar
Vm – volume molar
V – volume da amostra
Exercício - 1
Com base nas definições de quantidade de matéria e de
volume molar, calcule:
a) O número de moléculas existentes numa botija
contendo 0,75 mol de dióxido de carbono.
b) O volume ocupado por 20 mol de metano, CH4 , nas
condições PTN.
c) O número de átomos existentes em 2,4 litros de árgon?
d) O número de moléculas de oxigénio existentes num balão cheio
de ar, com o volume de 5 litros a PTN.
Exercício - 2
Os valores das massas molares dos elementos podem ser
consultadas numa tabela que está no final do livro (são
numericamente iguais às massas atómicas relativas).
a) Calcule a massa molar de CO2 , N2 e C2H6O.
b) Calcule ma massa de N2 que é necessário medir para
obter 0,45 moles desta substância.
c) Durante um ano, em média, são enviadas para a
atmosfera cerca de 100 milhoes de toneladas de dióxido
de carbono. Calcule o número de moléculas de dióxido
de carbono a que corresponde essa emissão anual no
nosso planeta.
Exercício - 3
Um depósito de gás, usado para armazenar etano, tem a
capacidade de 250 litros.
a) Qual é a quantidade de matéria de etano existente
dentro do depósito nas condições PTN? Justifique a
resposta com base na definição de volume molar, Vm.
b) Quantas moléculas de etano existem dentro do
depósito? Justifique a resposta com cálculos.
Exercício - 4
A fórmula molecular da sacarose, principal constituinte do
açucar, é C12H22O11.
a) Quantos átomos de cada elemento existem na referida
molécula?
b) Calcule a massa molecular relativa, Mr , da sacarose.
Qual é o significado deste número?
c) Qual é a massa molar, M, da sacarose?
Exercício - 5
Uma lata de spray, mesmo depois de esgotada, ainda
contém no seu interior 0,98 g de propano C3H8, nas
condições PTN.
a) Qual é a quantidade de matéria de propano existente
dentro da lata?
b) Calcule o volume da lata, com base no volume molar,
Vm, nas condições PTN.
c) Calcule a massa volúmica do propano nas condições de
PTN.
Exercício - 6
Uma botija de gás contém as seguintes indicações:
Capacidade – 26,2 L
Propano – 11 kg
Butano – 13 kg
Pressão de ensaio – 2,94 MPa
A pressão de ensaio é a pressão máxima a que a botija foi
sujeita.
a) Indique o valor da pressão de ensaio em uinidades SI.
b) Calcule o volume ocupado pelo conteúdo da garrafa nas
condições PTN.
