A termodinâmica do estado agregado gasoso da matéria é um importante ramo da física que estuda o equilíbrio termodinâmico e as transições quase estáticas em sistemas. O principal modelo no qual se baseiam as previsões do comportamento dos sistemas é o modelo de gás ideal. Com seu uso, obteve-se a equação de Mendeleev-Clapeyron. Considere isso no artigo.
Gás Ideal
Como você sabe, todos os gases reais consistem em moléculas ou átomos, cujas distâncias são muito grandes em comparação com seu tamanho em baixas pressões. Além disso, em altas temperaturas, em escala absoluta, a energia cinética das moléculas excede sua energia potencial associada a interações dipolo-dipolo fracas (se, além dessas interações, houver outros tipos de ligações químicas, por exemplo, iônicas ou hidrogênio, então eles fazem uma contribuição significativa para o componente potencial da energia interna do sistema).
Devido aPara muitos gases reais sob condições próximas ao normal, pode-se desprezar suas interações internas e tamanhos de partículas. Essas duas aproximações principais constituem o modelo de gás ideal.
Equação de Mendeleev na física
É mais correto e justo chamar essa equação de lei de Clapeyron-Mendeleev. O fato é que foi registrado pela primeira vez pelo engenheiro francês Emile Clapeyron em 1834. Ele fez isso analisando as leis dos gases de Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles descobertas no início do século 19.
O mérito do químico russo Dmitry Mendeleev está no fato de ele ter dado à equação uma forma matemática moderna e fácil de usar. Em particular, Mendeleev introduziu na equação uma constante para todos os gases R=8, 314 J/(molK). O próprio Clapeyron usou uma série de constantes empíricas que dificultam o processo computacional.
A equação de Mendeleev-Clapeyron é escrita da seguinte forma:
PV=nRT.
Esta igualdade significa que o produto da pressão P e do volume V no lado esquerdo da expressão é sempre proporcional ao produto da temperatura absoluta T e a quantidade de substância n no lado esquerdo.
A expressão em estudo permite obter qualquer lei dos gases se você fixar dois de seus quatro parâmetros. No caso dos isoprocessos, estudam-se sistemas fechados nos quais não há troca de matéria com o meio ambiente (n=const). Esses processos são caracterizados por um único parâmetro termodinâmico fixo (T, P ou V).
Exemplo de problema
Agora vamos resolver o problema da equação de Mendeleev-Clapeyron. Sabe-se que o oxigênio pesando 500 gramas está em um cilindro com volume de 100 litros a uma pressão de 2 atmosferas. Qual é a temperatura no balão, dado que o sistema está em equilíbrio termodinâmico.
Lembre-se que, de acordo com a definição, a quantidade de uma substância é calculada pela fórmula:
n=m/M.
Onde m é a massa de todas as partículas do sistema, M é sua massa molar média. Essa igualdade nos permite reescrever a equação de Mendeleev na seguinte forma:
PV=mRT/M.
Onde obtemos a fórmula de trabalho para esta tarefa:
T=PVM/(mR).
Resta converter todas as quantidades para unidades do SI e substituí-las nesta expressão:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
A temperatura calculada é -117 oC. Embora o oxigênio nesta temperatura ainda seja gasoso (condensa a -182,96 oC), nessas condições o modelo de gás ideal só pode ser usado para obter uma estimativa qualitativa do valor calculado.
