Gás ideal simples
No modelo de gás ideal as moléculas não interagem umas com as outras. Nesse modelo ignoramos as colisões intermoleculares, assim podemos considerar o gás como um sistema de partículas livres. Isto significa que o movimento das partículas de um gás é bem simples colidindo apenas com as paredes do recipiente. O gás se dispersaria se não fosse impedido pelas forças exercidas pelas paredes do recipiente que o contém.
No entanto, apesar da simplicidade do movimento das partículas de um gás, não é possível rastrear o movimento de cada partícula em detalhe, pois existe um imenso número delas. Por exemplo, em um centímetro cúbico de ar contém cerca de <math>2,7 x 10^{19}</math> moléculas. Não há como se definir as posições iniciais e velocidades de cada molécula individualmente. e mesmo se fosse possível, o cálculo simultâneo dos movimentos desse enorme número de moléculas está muito além do mais moderno computador existente.
Devido à carência de uma descrição microscópica das posições e velocidades de cada molécula de um gás, devemos nos satisfazer com a descrição macroscópica que envolve apenas algumas varáveis que caracterizam as condições médias no volume de um gás.Por exemplo, consideremos a massa como uma variável macroscópica. A assertiva de que a massa de um centímetro cúbico de ar é <math>1,29 x 10^{-6}</math> kg não significa que todo centímetro cúbico de ar possua exatamente a mesma massa que um outro centímetro. As moléculas de ar vagueiam aleatoriamente e algumas vezes podem existir um pouco mais ou um pouco menos delas dentro do dado centímetro cúbico. Podemos dizer somente que essa massa está dentro de uma média. Na prática, as variações de massa dentro de um centímetro cúbico de ar são bem reduzidas – normalmente, cerca de <math>10^{-8}</math> %.
Um gás ideal simples pode ser completamente caracterizado apenas pelos seguinte parâmetros macroscópicos: energia interna, volume e número de moles de seus constituintes.
Outros parâmetros macroscópicos que caracterizam as condições médias de um gás podem ser medidas em larga escala com instrumentos de laboratório. São eles: a densidade, a pressão e a temperatura.
As moléculas nesse modelo são tratadas como partículas pontuais, ou seja,o volume das moléculas é considerado como sendo nulo.
Um gás ideal simples é caracterizado por duas equações:
- <math>{P \over T}= {NR \over V}</math>
- <math>{1 \over T}={cNR \over U}</math>
Onde:
- <math>c</math> é uma constante,
- <math>R</math> é a constante universal dos gases (<math>R={N}_A{k}_b=8,3144J/mol.K</math>),
- <math>U</math> é a energia interna do sistema,
- <math>N</math> é o número de moles dos componestes químicos,
- <math>T</math> é a tempetatura do sistema.
Gases compostos de átomos monoatômicos não interagentes (tais como He, Ar, Ne) satisfazem essas equações em temperaturas tais que <math>{k}_bT</math> seja pequeno quando comparado com as energias de excitação eletrônica e em pressões baixas ou moderadas. Para tais gases ideais monoatômicos <math>c={3 \over 2} </math>.
Gases reais muito raramente satisfazem a equação de estado de um gás ideal exceto nos limites de baixa densidade, uma melhoria da equação de estado para gases foi sugerida em 1873 por J.D. van der Waals. A equação é conhecida como equação de van der Waals
- <math>P= {RT\over v-b } - {a\over v^2 } </math>,
onde:
- <math>v=\frac{V}{N}</math> é o volume molar,
- <math>a</math> e <math>b</math> são constantes empíricas do gás em questão.
Referências bibliográficas
- CALLEN,H. B.Thermodynamics and an introduction to thermostatistics,2ªedição,Wiley,1960.