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Leis dos gases

As leis dos gases são leis que abordam as transformações sofridas pelos gases quando variamos a sua pressão, o seu volume ou a sua temperatura.

Fórmulas das leis dos gases (lei de Boyle, lei de Gay-Lussac e lei de Charles).
As leis dos gases descrevem a relação entre a pressão, temperatura e volume dos gases.
Crédito da Imagem: Gabriel Franco | Brasil Escola
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As leis dos gases são leis que abordam as transformações sofridas pelos gases quando variamos a sua pressão, volume ou temperatura. As três leis dos gases são a lei de Boyle (transformação isotérmica), a lei de Gay-Lussac (transformação isovolumétrica) e a lei de Charles (transformação isobárica).

Leia também: Gases — detalhes sobre um dos estados da matéria

Tópicos deste artigo

Resumo sobre as leis dos gases

  • As leis dos gases são leis que descrevem o estado dos gases por meio das grandezas físicas pressão, volume e temperatura.
  • As leis dos gases são três: lei de Boyle, lei de Gay-Lussac e lei de Charles.
  • De acordo com a lei de Boyle, a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais, e quando as variamos, a temperatura do gás permanece constante.
  • De acordo com a lei de Gay-Lussac, a pressão e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais, e quando as variamos, o volume do gás permanece constante.
  • De acordo com a lei de Charles, a temperatura e o volume são grandezas diretamente proporcionais, e quando as variamos, a pressão do gás permanece constante.
  • Através das fórmulas das leis dos gases foi possível obter a equação de Clapeyron e a equação geral dos gases.
  • A equação de Clapeyron é válida para qualquer gás ou mistura de gases, desde que tenhamos baixas concentrações desse gás.
  • A equação geral dos gases é válida quando a massa (número de mols) do gás ou a mistura de gases for constante.

Quais são as leis dos gases?

As leis dos gases são princípios que caracterizam o comportamento dos gases por meio das grandezas físicas pressão, volume e temperatura. As três leis dos gases são a lei de Boyle, a lei de Gay-Lussac e a lei de Charles.

→ Lei de Boyle

Também conhecida como Lei de Boyle-Mariotte, a lei de Boyle é a lei dos gases formulada pelo polímata Robert Boyle (1627-1691) e pelo cientista e padre Edme Mariotte (1620-1684). Essa lei aborda a transformação isotérmica, uma transformação gasosa em que a temperatura do gás permanece constante enquanto alteramos a sua pressão e seu volume, sendo eles inversamente proporcionais. Saiba mais sobre essa lei de gases clicando aqui.

→ Lei de Gay-Lussac

A lei de Gay-Lussac é a lei dos gases comprovada experimentalmente pelo físico e químico Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850). Essa lei aborda a transformação isovolumétrica ou isocórica, uma transformação gasosa em que o volume do gás permanece constante enquanto alteramos a sua pressão e sua temperatura, sendo eles diretamente proporcionais. Saiba mais sobre essa lei de gases clicando aqui.

→ Lei de Charles

A lei de Charles é a lei dos gases formulada pelo polímata Jacques Alexandre César Charles (1746-1823). Essa lei aborda a transformação isobárica, uma transformação gasosa em que a pressão do gás permanece constante enquanto alteramos a sua temperatura e seu volume, sendo eles diretamente proporcionais.

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Fórmulas das leis dos gases

→ Fórmula da lei de Boyle

  • pi  → pressão inicial, medida em Pascal [Pa].
  • Vi  → volume inicial, medido em metros cúbicos [m3].
  • pf  → pressão final, medida em Pascal [Pa].
  • Vf  → volume final, medido em metros cúbicos [m3].

→ Lei de Charles

  • Vi  → volume inicial, medido em metros cúbicos [m3].
  • Ti  → temperatura inicial, medida em Kelvin [K].
  • Vf  → volume final, medido em metros cúbicos [m3].
  • Tf  → temperatura final, medida em Kelvin [K].

→ Lei de Gay-Lussac

  • pi  → pressão inicial, medida em Pascal [Pa].
  • Ti  → temperatura inicial, medida em Kelvin [K].
  • pf  → pressão final, medida em Pascal [Pa].
  • Tf  → temperatura final, medida em Kelvin [K].

Lei geral dos gases ideais (equação de Clapeyron)

A lei geral dos gases (ou equação de Clapeyron) é uma equação desenvolvida a partir das três leis dos gases ideais, lei de Gay-Lussac, lei de Charles e lei de Boyle, em que a constante das fórmulas das leis dos gases passa a ser igual ao produto do número de mols com a constante universal dos gases ideais.

A equação de Clapeyron é válida para qualquer gás ou mistura de gases, desde que tenhamos baixas concentrações desse gás. Ela é dada pela expressão:

  • p → pressão absoluta, medida em Pascal [Pa].
  • V → volume do gás, medido em metros cúbicos [m3].
  • n → número de mols do gás; em uma mistura, n é o número total de mols da mistura, medido em mols.
  • T → temperatura, medida em Kelvin [K].
  • R → constante dos gases ideais, vale  ou .

Para saber mais sobre a lei geral dos gases ideais (equação de Clapeyron), clique aqui.

Equação geral dos gases

A equação geral dos gases perfeitos é uma equação desenvolvida também a partir das três leis dos gases ideais, lei de Gay-Lussac, lei de Charles e lei de Boyle, sendo empregada quando a massa (número de mols) do gás ou mistura de gases for constante. Ela é dada pela expressão:

  • pi  → pressão inicial, medida em Pascal [Pa].
  • Vi  → volume inicial, medido em metros cúbicos [m3].
  • Ti  → temperatura inicial, medida em Kelvin [K].
  • pf  → pressão final, medida em Pascal [Pa].
  • Vf  → volume final, medido em metros cúbicos [m3].
  • Tf  → temperatura final, medida em Kelvin [K].

Para saber mais sobre a equação geral dos gases, clique aqui.

Gases ideais ou gases perfeitos

A maior parte dos gases possui um comportamento de gás ideal ou gás perfeito, esse modelo é empregado para simplificar o estudo dos gases. Algumas características dos gases ideais são:

  • colisões perfeitamente elásticas entre suas moléculas (sem perda de energia cinética);
  • as dimensões, massa e densidade de suas moléculas são desprezíveis;
  • não ocorrer forças de atração ou de repulsão;
  • ausência de interação entre as moléculas;
  • movimento desordenado das moléculas;
  • 1 mol de gás ideal possui um volume de 22,4 litros.

Exercícios resolvidos sobre leis dos gases

Questão 1

(PUC) Um certo gás, cuja massa vale 140 g, ocupa um volume de 41 litros, sob pressão 2,9 atmosferas a temperatura de 17°C. O número de Avogadro vale   e a constante universal dos gases perfeitos,  . Nessas condições, o número de moléculas continuadas no gás é aproximadamente de:

A) 

B) 

C) 

D) 

E) 

Resolução:

Alternativa A.

Primeiramente, transformaremos a temperatura na escala Celsius para a escala Kelvin:

Depois, calcularemos o número de mols desse gás, através da equação de Clapeyron:

Por fim, calcularemos o número de moléculas contidas nesse gás através de uma regra de três simples:

Questão 2

(Ufam) Analise as seguintes afirmativas a respeito dos tipos de transformações ou mudanças de estado de um gás.

I – Em uma transformação isocórica o volume do gás permanece constante.

II – Em uma transformação isobárica a pressão do gás permanece constante.

III – Em uma transformação isotérmica a temperatura do gás permanece constante.

IV – Em uma transformação adiabática variam o volume, a pressão e a temperatura.

Com a relação às quatro afirmativas acima, podemos dizer que:

A) só I e III são verdadeiras.

B) só II e III são verdadeiras.

C) I, II, III e IV são verdadeiras.

D) só I é verdadeira.

E) todas são falsas.

Resolução:

Alternativa C.

As alternativas I, II, III e IV são verdadeiras, indicando os conceitos corretos das transformações gasosas.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). Editora Blucher, 2015.

Escritor do artigo
Escrito por: Pâmella Raphaella Melo Sou uma autora e professora que preza pela simplificação de conceitos físicos, transportando-os para o cotidiano dos estudantes e entusiastas. Sou formada em Licenciatura Plena em Física pela PUC- GO e atualmente curso Engenharia Ambiental e Sanitária pela UFG.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

MELO, Pâmella Raphaella. "Leis dos gases"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/leis-dos-gases.htm. Acesso em 21 de novembro de 2024.

De estudante para estudante


Lista de exercícios


Exercício 1

(UFPR) Um cilindro com dilatação térmica desprezível possui volume de 25 litros. Nele estava contido um gás sob pressão de 4 atmosferas e temperatura de 227 ºC. Uma válvula de controle do gás do cilindro foi aberta até que a pressão no cilindro fosse de 1 atm. Verificou-se que, nessa situação, a temperatura do gás e do cilindro era a ambiente e igual a 27 ºC.

(Considere que a temperatura de 0 ºC corresponde a 273 K)

Assinale a alternativa que apresenta o volume de gás que escapou do cilindro, em litros.

a) 11,8.

b) 35.

c) 60.

d) 85.

e) 241.

Exercício 2

(UEA) Analise o gráfico.

Um gás ideal, em seu estado inicial 1, encontra-se a uma pressão PA e volume VA. Ao ser submetido a uma transformação isotérmica, o gás passa para o estado 2, em que PB = 0,8PA.

A relação entre os volumes VA e VB é:

a) VA = VB.

b) 4VA = 5VB.

c) 5VA = 4VB.

d) 8VA = VB.

e) VA = 8VB.