Lei de Charles e Gay-Lussac – O que é? Leis dos gases ideais e Exercícios

Jacques Charles viveu entre 1746 e 1823 e foi um químico francês famoso por seus experimentos com balões. Ele foi o responsável pelo segundo voo tripulado em 1783, sendo que, para gerar o gás hidrogênio com o qual o balão foi enchido, foram necessários cerca de 230kg de ácido e 460kg de ferro metálico.

Em 1787, enquanto Charles estudava balões de ar quente, investigou o comportamento dos gases quando eles eram submetidos a variações de temperatura. A seguir, conheça a Lei de Charles e como utiliza-la para resolver exercícios.

Lei de Charles e Gay-Lussac – o que é?

Apesar de Charles ter estudado o comportamento desses gases, em 1802, outro francês, chamado Gay-Lussac, formalizou os resultados de Charles na forma de gráficos de transformações isocóricas e isobáricas. Ficou então definido que as leis das transformações são leis de Charles e Gay-Lussac.

Os gráficos formalizados passaram a ser mais fáceis, pois, em 1851, foi proposta a escala de temperatura Kelvin.

A pressão é diretamente proporcional à temperatura em kelvins, mas não é proporcional à temperatura em Celsius.Lei de Charles e Gay-Lussac

Trata-se de uma regularidade da natureza, que foi enunciada constituindo a lei de Charles.

Lei de Charles – O que é?

Essa lei rege as transformações dos gases perfeitos a volume constante, ou seja, a lei de Charles só pode ser aplicada em transformações que denominamos isovolumétricas.

A lei afirma que a pressão de uma amostra gasosa é diretamente proporcional à temperatura na escala Kelvin, quando a amostra é mantida a um volume constante.

Sendo P1, T1 e V1 a pressão, a temperatura e o volume iniciais, respectivamente, vamos chamar a pressão, a temperatura e o volume finais de P2, T2 e V2, respectivamente.

Como estamos lidando com uma transformação isovolumétrica, concluímos que V1=V2.

Manipulando a equação geral dos gases:Lei de Charles e Gay-LussacCom isso, temos:Lei de Charles e Gay-LussacEssa lei se aplica a:

  • Substâncias no estado gasoso, cuja quantidade permaneça inalterada;
  • Com volume constante;
  • Com pressão na mesma unidade de medida em ambos os membros da expressão;
  • Com temperatura na escala Kelvin, obrigatoriamente.

Tabela das leis dos gases ideais

Para facilitar o seu estudo, podemos resumir em uma tabela as três principais transformações gasosas que formam as leis dos gases ideais, que são:Lei de Charles e Gay-Lussac

Questões resolvidas

1) Uma amostra de gás se encontra num recipiente fechado e indeformável a -73°C e 60 kPA. Se a temperatura for elevada até 77°C, qual será a nova pressão?

RESPOSTA

O fato de o recipiente ser fechado e indeformável significa que o volume permanece constante, isto é, trata-se de uma transformação isovolumétrica.

Assim, podemos então usar a Lei de Charles:Lei de Charles e Gay-LussacCom P1= 60 kPa, precisamos ainda passar as temperaturas para a escala Kelvin.

T1 = -73 + 273 = 200K

T2 = 77 + 273 = 350 K

Agora finalmente podemos descobrir a P2 aplicando esses valores na expressão:Lei de Charles e Gay-Lussac2) Uma amostra de nitrogênio gasoso se encontra a 27°C e 1,0 atm. Se essa amostra sofrer uma transformação isocórica até chegar a 177°C, qual será sua pressão final?

RESPOSTA

O enunciado nos informa que temos uma transformação isocórica, ou seja, ela possui volume constante. Podemos então usar a Lei de Charles para resolver esse exercício.Lei de Charles e Gay-LussacConvertendo a temperatura para kelvin e reunindo os dados do enunciado:

T1 = 27 + 273 = 300k
P1 = 1 atm
T2 = 177 + 273 = 450k
P2 = ?

Aplicando esses valores na expressão, temos:Lei de Charles e Gay-Lussac3) Uma amostra de gás, em um recipiente fechado e indeformável, é aquecida até que sua temperatura Kelvin triplique. O que se pode afirmar sobre a pressão final dessa amostra?

RESPOSTA:

O fato de o recipiente ser fechado e indeformável significa que o volume permanece constante, isto é, trata-se de uma transformação isovolumétrica.

Assim, podemos então usar a lei de Charles:Lei de Charles e Gay-LussacSegundo o enunciado, temos que:

T2 = 3.T1

T1 = T2/3

Colocando essa conclusão na lei de Charles, temos:

P1/ (T2/3) = P2 / T2

(3. P1)/ T2 = P2/ T2

P2 = 3. P1

Ou seja, pressão final será igual o triplo da pressão inicial.

Natália Alves

Graduanda em licenciatura e bacharelado em Matemática pela Universidade Estadual Paulista (UNESP).

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