Gases (1) - Aspectos gerais do estado gasoso e a equação de estado

O comportamento dos gases é um tópico que interessa muito à química e à física. Mais do que simplesmente como ele fica - ou é - nos interessam suas transformações: o que acontece se o comprimirmos, se o esquentarmos, se o resfriarmos. Muitas coisas que utilizamos em nosso dia-a-dia funcionam graças às transformações gasosas.

O estado gasoso caracteriza-se pela grande distância entre as moléculas. Outra coisa importante é que um gás não tem volume definido nem forma definida. Não entendeu? Vamos lá: você recorda que as moléculas possuem movimento, que não estão paradas, e que este movimento, também conhecido como agitação molecular, depende da temperatura - quanto mais quente, mais agitado. O movimento que nos interessa neste momento é o de translação (ir de um lugar para outro).

As moléculas do seu mouse

Imagine um bloco sólido de qualquer coisa, ou melhor, não precisa ser um bloco regular. Pense no mouse que está sob sua mão agora. Ele é composto por moléculas (em sua maioria de um plástico) e está a certa temperatura. Podemos afirmar que suas moléculas estão agitadas e que estão se movendo. Se elas se movem e um dos movimentos é o de translação, seria coerente imaginar que as moléculas da superfície do mouse poderiam "escapar" para fora dele e "viajar" pelo ar. Se isso acontecer seu mouse iria diminuindo aos poucos de tamanho, até que um dia ele teria sumido.

Por que isso não acontece? Porque existem forças intermoleculares, ou seja, a atração entre as moléculas próximas seguram a molécula agitada e evitam que ela "fuja". Essas forças intermoleculares são tanto mais fortes quanto menor a distância entre as moléculas.

Forma e volume dos gases

Assim, nos sólidos, onde a distância é muito pequena, as forças são muito grandes; nos líquidos, que apresentam distância intermolecular maior, são menores que nos sólidos e, nos gases, onde a distância é muito grande, as forças são muito pequenas.

Este é o fato responsável pela característica da forma e do volume. Se a força é grande (sólidos), a substância consegue ter forma definida, a atração entre suas moléculas não permite que ela escorra, o que mantém a forma e o volume definido.

Em uma distância média entre as moléculas (líquido), a força não é suficiente para manter uma forma definida, tanto é que um líquido adquire o formato do recipiente que o contém, mas é suficiente para manter seu volume definido - em meio copo com água o líquido tem o formato do copo, mas não ocupa inteiramente seu volume.

Se a distância for muito grande (gás) a força intermolecular é muito fraca e não consegue nem definir sua forma nem seu volume. Por isso um gás ocupa inteiramente o recipiente que o contém.

O perfume que se espalha

Pelo que acabamos de expor, você percebe que um gás ocupa inteiramente o volume do recipiente que o contém. Se você abrir um frasco com um perfume em um canto de uma sala, perceberá que após algum tempo, o cheiro se espalhou pela sala inteira, provando que o gás ocupou todo espaço disponível.

Você perguntará então: quer dizer que se eu abrir o frasco de perfume ao ar livre ele ocupará toda a atmosfera? A resposta é sim. Acontece que a quantidade de gás (cheiro) se espalhando por um volume muito grande fará com que a concentração (número de moléculas por volume ocupado) seja muito pequena e, por isso não sentiremos o cheiro dele.

Temperatura e pressão

A temperatura está diretamente relacionada com a agitação molecular. Quanto mais quente, mais agitada. Quanto mais agitada, maior energia cinética. Quanto mais energia cinética, maior a velocidade com que a molécula do gás translada ("viaja").

Em uma definição bastante acadêmica, pressão é a razão entre uma força e a área em que é aplicada. Entenda o seguinte: a molécula do gás vem transladando até que encontra uma superfície e se choca com ela. Este choque aplica uma força em uma área, daí a pressão do gás. Perceba também que quanto mais rápido for o movimento de translação ou quanto maior for a quantidade de choques com a superfície, maior será a força e, conseqüentemente, maior a pressão.

Equação de estado

Você deve ter percebido que os três fatores: volume, temperatura e pressão estão interligados. Junte a estes fatores a quantidade de moléculas do gás, lembrando que, para a química, a quantidade é medida em número de mols e uma constante de proporcionalidade, chamada constante dos gases perfeitos e obteremos uma relação matemática que descreve o estado de um gás em determinadas temperatura, volume, pressão e quantidade. É a chamada equação de estado de um gás:

Simples? Não muito, mas é muito importante que você entenda os mecanismos que regem o comportamento do gás.

P.S.Você pode não ter entendido uma simples expressão: gases ideais (ou perfeitos). São aqueles em as forças intermoleculares são totalmente desprezíveis.