Gases (2) - Difusão gasosa

Já discutimos o fato de os gases ocuparem todo o volume disponível (dê uma lida no texto sobre o comportamento dos gases para relembrar alguns conceitos). Esse fenômeno é facilmente percebido quando passamos, por exemplo, nas proximidades de uma fábrica de café, pois conseguimos sentir o cheiro simplesmente por estar nas suas proximidades.

Difusão gasosa

O gás se espalha pelo volume disponível, pois as forças intermoleculares existentes são incapazes de segurar suas moléculas, evitando que elas se espalhem. Esse fenômeno, que permite que o gás preencha uniformemente todo o espaço disponível, é uma das mais importantes propriedades físicas de um gás e é chamado de difusão gasosa.

Como comprovar isso? Faça uma experiência simples: abra um frasco que contenha algo de cheiro forte, por exemplo, produtos de limpeza a base de amoníaco no canto de uma sala e aguarde alguns instantes. Você perceberá que o cheiro se espalha pela sala inteira, comprovando a difusão.

Mas cuidado: se você resolver fazer essa experiência não inale diretamente o gás que sai do recipiente e, após estar convencido que a difusão existe mesmo, feche o frasco, ventile o lugar e espere fora da sala. Os vapores de amônia podem lhe fazer mal.

Atmosfera inodora

Se muitas coisas são perfumadas, por que a atmosfera é inodora? Porque, na medida em que o gás se espalha, ocupando maior volume, menor a chance de encontrarmos uma molécula do mesmo em uma pequena amostra, já que a quantidade do gás é limitada.

O que acontece é que a concentração do gás fica pequena e não conseguimos perceber sua presença pelo cheiro. Se você passar perto da fábrica de café, como dissemos no início, só sentirá o cheiro nas proximidades. Quando estiver a alguns quarteirões de distância, a concentração das moléculas é tão pequena que você não sentirá mais o cheiro.

Aplicações da difusão gasosa

Já que falamos que a difusão é uma das principais propriedades físicas dos gases, nada mais justo do que mostrar uma aplicação de ponta para ela. As usinas de enriquecimento de urânio, etapa vital para a fabricação de combustíveis nucleares, utilizam a tecnologia de ultracentrifugação ou da difusão gasosa no processo.

A difusão gasosa é o usado na usina da EURODIF, em Tricastin, na França e também na maioria das instalações norte-americanas. O processo tira proveito da diferença de massa existente entre os isótopos de urânio que se deseja separar. Outra aplicação são os bafômetros de célula de combustível, que utilizam eletrodos de difusão para detectar a presença de etanol no ar soprado.

Concentração gasosa ou pressão parcial?

Utilizamos anteriormente o termo "concentração gasosa" para explicar porque a atmosfera é inodora, relacionando a quantidade de moléculas do gás por volume de amostra. Isto está correto, mas não é comum. Falamos normalmente em concentração e concentração molar para soluções, mas, no caso dos gases é mais apropriado falarmos em pressão parcial quando tratamos de misturas gasosas.

Se existe apenas um gás na amostra - não se trata de uma mistura - as variáveis de estado: pressão, temperatura e volume são, por si só, capazes de dar uma noção clara da "concentração" desse gás. Se eu disser que um recipiente que contém apenas gás butano tem pressão de 20 atm enquanto outro, de mesmas dimensões e à mesma temperatura, tem pressão de 1 atm, você certamente deduzirá que há mais gás - maior concentração - no de 20 atm.

É um pouco mais complicado indicarmos a quantidade de um gás que existe em uma mistura gasosa. Se utilizarmos a pressão total, certamente nos induziremos ao erro. Para utilizarmos a pressão, devemos convertê-la para o valor que ela assumiria se o gás estivesse isolado. Vamos recorrer a um exemplo numérico. Imagine que você pegue uma garrafa de ar de mergulho, a temperatura esteja em 27°C e nele esteja marcado:

Você pode "converter" a pressão de forma a saber qual seria se houvesse exclusivamente oxigênio. Quer ver?

Se o percentual em volume de oxigênio é de 40%, quer dizer que 8L do gás contido na garrafa é O₂. A pressão da garrafa é de 15 atm. A temperatura é a mesma para o O₂ e para o N₂: 27_oC ou 300K. Como queremos descobrir a pressão que o gás exerceria se estivesse sozinho e, cientes de que o gás ocupa todo o espaço disponível, sabemos que o novo volume será de 20L (toda a garrafa).

A temperatura deverá permanecer constante, 300K, portanto trata-se de uma transformação isotérmica. Utilizando a fórmula P₁V₁=P₂V₂, chagamos à pressão de 6 atm, que corresponde à pressão parcial do oxigênio na mistura da garrafa.

Viu como não é nada do outro mundo?