Estados da matéria

De onde vem a pressão do gás

As moléculas de gás movem-se rapidamente em todas as direções. Elas continuam batendo — colidindo 碰撞 com — as paredes de seu recipiente. Cada impacto dá um pequeno empurrão à parede. A pressão 压强 do gás é o resultado geral desses muitos colisões nas paredes.

Gases ideais

Um gás ideal 理想气体 é um modelo simples. Assumimos duas coisas:

• as próprias partículas ocupam volume zero.
• não há forças intermoleculares 分子间作用力 de atração entre as partículas.

Um gás real 实际气体 segue esse modelo de perto em baixa pressão e alta temperatura. Ele se comporta menos como um gás ideal em alta pressão e baixa temperatura, quando as partículas são comprimidas próximas umas das outras e as forças entre elas começam a importar.

A equação do gás ideal

A equação do gás ideal 理想气体方程 relaciona pressão, volume, quantidade e temperatura:

onde $p$ é a pressão em Pa, $V$ é o volume em $\text{m}^3$, $n$ é a quantidade em mols, $T$ é a temperatura em kelvin 开尔文 (K), e $R$ é a constante dos gases 气体常量 ($8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$).

Sempre converta as unidades primeiro: °C para K (adicione 273), e $\text{cm}^3$ ou $\text{dm}^3$ para $\text{m}^3$.

Exemplo resolvido. Encontre o volume de $0.50\ \text{mol}$ de um gás ideal a $27\ ^{\circ}\text{C}$ e $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)

Converta primeiro: $T = 300\ \text{K}$, $p = 1.00 \times 10^{5}\ \text{Pa}$. Então

Você também pode usar a equação para encontrar uma massa molar 摩尔质量. Como $n = m/M$:

Isso permite calcular $M_r$ a partir da massa (ou densidade) de um gás.

Exemplo resolvido. Um frasco contém $0.96\ \text{g}$ de um gás em $600\ \text{cm}^3$ a $100\ \text{kPa}$ e $27\ ^{\circ}\text{C}$. Encontre a massa molar do gás. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)

Converta: $V = 6.00 \times 10^{-4}\ \text{m}^3$, $T = 300\ \text{K}$. Então

Como uma substância se comporta depende de como suas partículas estão unidas. Existem quatro estruturas principais de um sólido cristalino 晶体.

Iônico gigante

Uma estrutura iônica gigante 离子晶体 é uma enorme rede regular de íons 离子 positivos e negativos, mantida por forte atração em todas as direções. Exemplos são cloreto de sódio e óxido de magnésio.

Molecular simples

Uma estrutura molecular simples 分子晶体 é formada por pequenas moléculas 分子. As ligações dentro de cada molécula são fortes, mas as forças intermoleculares entre as moléculas são fracas. Exemplos são iodo ($\text{I}_2$), fullereno 富勒烯 ($\text{C}_{60}$) e gelo.

Molecular gigante

Uma estrutura molecular gigante 原子晶体 (também chamada covalente gigante) é uma grande rede de átomos unidos por fortes ligações covalentes 共价键. Exemplos são óxido de silício(IV) 二氧化硅, grafite 石墨 e diamante 金刚石.

Metálico gigante

Uma estrutura metálica gigante 金属晶体 é uma rede de íons metálicos positivos em um "mar" de elétrons deslocalizados 离域电子. Um exemplo é o cobre.

Propriedades físicas

A estrutura determina as propriedades físicas:

• ponto de fusão 熔点 e ponto de ebulição 沸点 são altos quando devem ser quebradas forças fortes (iónicas, covalentes ou metálicas), e baixos quando apenas forças intermoleculares fracas são quebradas.
• condutividade elétrica 导电性 requer partículas carregadas que possam se mover — íons livres (quando fundidos ou dissolvidos) ou elétrons deslocalizados. A grafite conduz porque alguns de seus elétrons são deslocalizados.
• solubilidade 溶解度 em água é geralmente alta para sólidos iônicos e baixa para sólidos moleculares e covalentes gigantes.

Você também pode fazer o caminho inverso: a partir do ponto de fusão, condutividade e solubilidade de uma substância desconhecida, deduzir o tipo de estrutura e ligação que ela possui.

• Use unidades SI em $pV = nRT$: pressão em Pa, volume em $\text{m}^3$ ($\text{cm}^3 \times 10^{-6}$), temperatura em K ($^\circ\text{C} + 273$).
• Enuncie as premissas do gás ideal (volume molecular desprezível, sem forças intermoleculares) e quando os gases reais desviam (alta pressão, baixa temperatura).
• Vincule cada propriedade à estrutura: iônico gigante (alto p.f., conduz fundido), covalente gigante (m.p. muito alto), molecular simples (m.p. baixo), metálico gigante (conduz, maleável).
• A grafite conduz porque cada carbono tem um elétron deslocalizado; o diamante não — uma comparação favorita.