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Transformação isotérmica ou Lei de Boyle

Química

Um gás sofre uma transformação isotérmica quando há a variação da sua pressão e do seu volume, com a temperatura sendo mantida constante. Nesse caso, surgiu a Lei de Boyle, que diz que a pressão e o volume de um gás são inversamente proporcionais.
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Em uma transformação isotérmica, provoca-se a variação do volume e da pressão de determinado gás, porém mantém-se a temperatura constante; daí a origem do nome isotérmico (do grego: iso = igual; thermo = calor).

Os cientistas Boyle e Mariotte, de modo isolado, fizeram experiências semelhantes e o resultado obtido foi: à medida que se aumenta a pressão, o volume do gás diminui.

É só pensarmos, por exemplo, no êmbolo de uma seringa. Se aplicarmos uma pressão externa sobre este êmbolo, ou seja, se aumentarmos a pressão, o volume do ar ocupado dentro da seringa diminuirá, e vice-versa.

O volume e a pressão são inversamente proporcionais: no quadrinho da esquerda, a pressão é pequena e o volume ocupado pelo ar é grande. Já no da direita, quando se aplica uma maior pressão sobre o êmbolo da seringa, o volume diminui
O volume e a pressão são inversamente proporcionais: no quadrinho da esquerda, a pressão é pequena e o volume ocupado pelo ar é grande. Já no da direita, quando se aplica uma maior pressão sobre o êmbolo da seringa, o volume diminui
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Isso não é um caso isolado, é algo que se repete com uma regularidade comum para os gases. Por isso, esse fato foi enunciado na forma de uma lei, que pode ser descrita assim:

Lei de Boyle ou Lei de Boyle-Mariotte: Sob temperatura constante, o volume ocupado por determinada massa fixa de um gás é inversamente proporcional à sua pressão.

Isso significa que se dobrarmos a pressão de um gás, seu volume reduzirá pela metade e assim por diante. Quando duas grandezas como essas são inversamente proporcionais, o seu produto é uma constante; desse modo, matematicamente, essa relação pode ser representada assim:

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P.V = k

Onde k = constante.

Assim, se em uma primeira situação temos o valor da pressão de determinado gás como sendo P1 e seu respectivo volume como V1, então temos que:

P1 . V1 = k

Se aumentarmos essa pressão para P2, seu volume também será alterado para V2 e novamente teremos que:

P2 . V2 = k

Desse modo, chegamos à conclusão:

P1 . V1 =  P2 . V2

Essa constância pode ser vista pelo exemplo dado na tabela abaixo, das pressões e volumes de um gás com massa fixa:

Representando graficamente esses valores, veremos a formação de uma curva.

Gráfico de pressão x volume de uma transformação isotérmica

A representação gráfica de uma transformação isotérmica será sempre uma hipérbole, independente dos valores da pressão e do volume e da temperatura em que foi realizado o experimento. Essa hipérbole é chamada de isoterma; de modo que, conforme pode ser visto no gráfico abaixo, diferentes temperaturas originam diferentes isotermas.

Gráfico de pressão x volume de transformações isotérmicas com temperaturas diferentes

As transformações isotérmicas constituem a relação entre o volume e a pressão de um gás a uma temperatura constante
As transformações isotérmicas constituem a relação entre o volume e a pressão de um gás a uma temperatura constante

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

FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Transformação isotérmica ou Lei de Boyle"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/transformacao-isotermica-ou-lei-boyle.htm. Acesso em 21 de setembro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

Certa massa de gás hidrogênio (H2) ocupa um volume de 0,760 L, sob pressão de 125 mm Hg, em uma dada temperatura. Qual o volume ocupado pela mesma massa de H2, na mesma temperatura, sob pressão de 0,100 atm?

  1. 1,25 L.

  2. 0,125 L.

  3. 125 L.

  4. 950 L.

  1. 95 L.

Questão 2

Certa quantidade de um gás ocupa um volume de 120 L em pressão de 700 mmHg e temperatura de 20 ºC. Qual será a pressão quando o volume for apenas de 30 L, mantendo-se a temperatura constante?

  1. 2800 mmHg.

  2. 3200 mmHg.

  3. 1400 mmHg.

  4. 1800 mmHg.

  1. 2000 mmHg.

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