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Transformações de estado dos gases em sistemas abertos

As transformações de estado dos gases em sistemas abertos diferem das que ocorrem em sistemas fechados.
A chaminé de uma industria é um exemplo de sistema aberto
A chaminé de uma industria é um exemplo de sistema aberto

O comportamento (transformação de estado) de um gás em um sistema ou recipiente aberto (permite a troca de calor e matéria entre o recipiente e o ambiente) apresenta as seguintes características:

  • a quantidade de moléculas de um gás pode variar, já que a entrada ou a saída delas é facilitada;

  • a pressão a que o gás é submetido não sofrerá alteração, porque será sempre igual à pressão atmosférica;

  • o volume será considerado constante porque os gases sempre apresentam o volume igual ao do local que os contém (nesse caso, o recipiente e o meio externo).

Uma garrafa destampada é um exemplo de sistema aberto
Uma garrafa destampada é um exemplo de sistema aberto

A única variável de estado que influencia o comportamento de um gás no sistema aberto é a temperatura. Assim, quando um gás for aquecido em um sistema aberto, suas moléculas terão um grau de agitação maior e uma parte delas tenderá a sair do recipiente. Já quando a temperatura do gás é diminuída (as moléculas de gás tendem a aproximar-se), temos o favorecimento da entrada de mais moléculas no recipiente em razão do novo espaço existente. Assim, a temperatura (T) e a quantidade de moléculas (n) do gás são inversamente proporcionais e o produto delas é uma constante (K):

T= ↓ n
T= ↑ n

n.T = K

Aplicando os conhecimentos do comportamento dos gases em um sistema aberto (volume e pressão constantes) à equação de Clapeyron (PV = nRT), temos a possibilidade de determinar, por meio da seguinte expressão, a quantidade de moléculas presentes em um recipiente aberto após uma modificação da temperatura ou determinar a temperatura que gerou a modificação na quantidade de moléculas de um gás:

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ni.Ti = nf.Tf

  • ni = número de moléculas inicial (mol)

  • Ti = Temperatura inicial

  • nf = número de moléculas final (mol)

  • Tf = Temperatura final

Veja um exemplo de aplicação da fórmula da transformação de estado dos gases em sistemas abertos:

Determine a temperatura a que um gás deve ser aquecido, em um recipiente aberto, inicialmente a 25 oC, de tal modo que nele permaneça 1/5 das moléculas nele inicialmente contidas.

Dados do exercício:

Ti = 25 oC
ni = ni

Como o recipiente será aquecido, o gás perderá moléculas para o meio externo. Por isso, o número de mols final será a subtração do número de mols inicial com o 1/5.

nf = ni - 4
            5

nf = 1.ni
         5

Aplicando os dados na fórmula da transformação de gases em sistemas abertos:

ni.Ti = nf.Tf

ni.298 = 1ni.Tf
              5

ni.298.5 = 1ni.Tf

1490 = 1.Tf

Tf = 1490
       1

Tf = 1490 K ou 1217 oC

Publicado por Diogo Lopes Dias

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