Misturas de Gases

 Praticamente todos os “gases” com os quais temos contato no cotidiano não são exatamente gases isolados, mas sim misturas de gases. Não conseguimos diferenciar muito bem porque toda mistura gasosa é homogênea, ou seja, apresenta uma única fase, um único aspecto em toda a sua extensão. O melhor exemplo é o ar que respiramos, que é composto basicamente por 78% do volume em massa de gás nitrogênio (N₂), 21% de gás oxigênio (O₂) e 1% de outros gases, principalmente o gás nobre argônio (Ar), que está presente em uma porcentagem de quase 1% .

Outros exemplos de misturas gasosas que encontramos no dia a dia são o gás de cozinha, que se trata, na verdade, de uma mistura dos gases propano (C₃H₈) e butano (C₄H₁₀); e os cilindros usados para respiração por alpinistas e mergulhadores, que são misturas gasosas de nitrogênio e oxigênio, como o ar, mas enriquecidos com oxigênio (a quantidade de oxigênio armazenada nos cilindros deve ser de 42% em volume).

Visto que estão tão presentes em nosso cotidiano, torna-se importante estudar o comportamento das misturas de gases. Dois aspectos são os mais importantes: a pressão e o volume que esses gases exercem nas misturas das quais participam. Essas grandezas são chamadas de pressão e volume parciais dos gases e correspondem à pressão ou ao volume que o gás exerce ou ocupa de forma individual dentro da mistura nas mesmas condições de temperatura e pressão que a mistura se encontra, e não corresponde à pressão ou ao volume que ele possuía antes de entrar para a mistura gasosa.

Além disso, o estudo dessas grandezas nas misturas gasosas apresenta somente o aspecto quantitativo, e não o qualitativo, ou seja, independe da natureza ou do tipo do gás, mas depende somente da quantidade de matéria (número de mols) dos gases. Isso significa que as relações que serão estudadas adiante e que serão mencionadas para um gás dentro da mistura são válidas também para todos os outros gases que participam da mesma mistura gasosa. É óbvio que, para tal, considera-se que os gases não reagem entre si.

Como depende da quantidade de matéria, podemos concluir o seguinte: Visto que a equação de estado dos gases ou equação de Clapeyron faz as seguintes relações entre as grandezas dos gases: P . V = n . R . T, para as misturas gasosas, teremos:

P . V = (n₁ + n₂ + n₃ + ...) . R . T

ou

P . V = Σn . R . T

A lei de Dalton diz o seguinte sobre a pressão dos gases nas misturas:

“A pressão total exercida por uma mistura gasosa é igual à soma das pressões parciais dos gases que compõem a mistura.”

P_total = P₁ + P₂ + P₃ + P₄… ou P = Σp

Isso significa que, por exemplo, se a pressão do ar for de 1,0 atm, a pressão parcial do N₂ será de 0,78 (78% da pressão total), a pressão parcial de O₂ será igual a 0,21 (21% da pressão total da mistura) e a pressão parcial do argônio será de 0,01% (1% da pressão total da mistura).

Essa Lei de Dalton é mostrada também pela fração em quantidade de matéria (X) que relaciona a quantidade de matéria em mol de cada gás com a quantidade de matéria total da mistura:

X_Y = _n_Y__
       n_TOTAL

A fração em quantidade de matéria também é proporcional à relação entre a pressão parcial do gás e a pressão total da mistura gasosa, como mostrado mais acima:

X_Y =    P_Y     
          P_TOTAL

Com base na Equação de Clapeyron e na Lei de Dalton acima, o físico francês Émile Hilaire Amagat (1841-1915) criou a lei de Amagat, que diz o seguinte sobre o volume dos gases nas misturas:

“O volume total de uma mistura gasosa é igual à soma dos volumes parciais dos gases que compõem a mistura.”

V_total = V₁ + V₂ + V₃ + ... ou V_total = Σv

Podemos também determinar em porcentagem em volume, que é chamada de fração volumétrica:

X _Gás= n_Gás = V_gás = % em volume de gás
             Σn     V_total                    100%

Para entender melhor como calcular e aplicar a Lei de Dalton e a Lei de Amagat para as misturas gasosas, veja os textos:

- Pressão parcial (Lei de Dalton);

- Volume parcial dos gases em misturas.