Qual é a relação entre o volume é a temperatura?

O objetivo do experimento é verificar o comportamento dos gases. Utilizando uma seringa de injeção podemos aprender mais sobre o comportamento dos gases.

Material a ser utilizado

- uma seringa de injeção grande (e nova) e com água 
- um pedaço de borracha (de apagar)
- recipiente com água e gelo
- panela com água quente
- arame (para segurar a seringa)

Realizando o experimento

Primeiramente prepare a seringa colocando o êmbolo na posição intermediária. Em seguida espete um pedaço de borracha na ponta da agulha de modo a vedá-la.

Tente mover o êmbolo para dentro e para fora, e observe que ele fará uma resistência, e voltará para a sua posição original. Por que isso ocorre?

Pense na variação de pressão interna quando se varia o volume do gás. Como fica a diferença de pressão nos dois casos?

Em seguida, coloque a seringa dentro do recipiente com água gelada. O que ocorre com o êmbolo? O movimento dele está de acordo com a sua expectativa baseada na Lei dos Gases Ideais?

Repita o experimento colocando a seringa na panela com água fervente. Se possível, use o arame enrolado no corpo da seringa. Assim que ela atingir o equilíbrio térmico, observe a variação de volume e note que a temperatura final é de 100 ºC. Faça os cálculos para a variação de volume e compare com o experimento.

Observe: geralmente as seringas possuem, por fora, uma graduação do volume. A leitura da graduação na posição do êmbolo mede o volume total de gás dentro da seringa. Desta forma, é possível medir os volumes inicial e final em cada experimento simplesmente observando a escala da própria seringa.

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Por Domiciano Marques
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola

O volume é uma das três variáveis de estado dos gases (as outras são a pressão e a temperatura). Todos os gases têm massa, porém eles não possuem forma definida nem volume constante.

O volume de um gás corresponde ao espaço que ele ocupa e isso depende do recipiente no qual ele está contido, pois por maior que seja o recipiente, o gás ocupará totalmente o volume que lhe for oferecido.

Isso se deve ao fato de que os gases são formados por partículas (átomos ou moléculas) que se movimentam velozmente de maneira contínua e desordenada em todas as direções e sentidos. As partículas dos gases continuam o seu movimento linear que só é redirecionado quando elas se chocam umas com as outras ou com as paredes do recipiente.

Devido a esse movimento contínuo, as partículas dos gases não se depositam no solo pela ação da gravidade e, consequentemente, o volume do gás irá coincidir com o próprio volume do recipiente que o contém.

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O volume dos gases está diretamente relacionado com a temperatura, pois quando aumentamos a temperatura do sistema, as partículas do gás movimentam-se ainda mais rápido, expandindo-se. Mas, se diminuirmos a temperatura, ocorrerá a contração do gás.

No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade usada para expressar o volume dos gases é o m3 (metro cúbico). Mas, em Química, também se utiliza muito o litro (L) e o mililitro (mL), quando se trabalha em pequena escala.

Para converter essas unidades, você poderá usar as seguintes relações abaixo:

A temperatura é definida como a medida do nível de energia térmica de um material, ou seja, é a medida do nível ou grau de agitação das partículas constituintes (átomos ou moléculas). Quanto mais agitadas estiverem essas partículas, maior será o valor da temperatura.

Assim como a massa e o volume, que podem ser medidos com o auxílio de alguns equipamentos, como balanças e vidrarias graduadas, a temperatura também é uma grandeza e pode ser medida por meio de um termômetro digital ou de mercúrio. O termômetro de mercúrio é feito de um fino tubo de vidro com mercúrio dentro. Esse líquido dilata-se com o aumento da temperatura e assim indica seu valor na graduação, que fica na parte externa do tubo.

Essas graduações são chamadas de escalas termométricas e são três as mais utilizadas: graus Celsius (ºC), Kelvin (K) e Fahrenheit (ºF). Veja como converter essas unidades umas nas outras no texto Conversão de Escalas Termométricas.

No caso do estudo da temperatura dos gases ideais, considera-se somente a escala Kelvin, que também é chamada de zero absoluto ou zero termodinâmico. Isso porque a escala Kelvin não possui valores negativos para a temperatura como ocorre com a escala Celsius. O zero absoluto, que corresponde à temperatura de -273,15 ºC, nunca foi atingido. Acredita-se que, nesse ponto, a agitação das partículas para completamente, estando todas as substâncias no estado sólido, e que, no caso dos metais, eles tornam-se supercondutores, ou seja, a resistência elétrica deles é igual a zero.

A temperatura é considerada uma propriedade intensiva porque não depende da massa da amostra. Se você medir a temperatura de uma panela cheia de água, por exemplo, e, depois, retirar um copo dessa água e medir novamente, a temperatura será a mesma. Essa é uma das propriedades que diferenciam o calor da temperatura, pois o calor depende da massa do material. Ele, na verdade, é a energia térmica em trânsito, isto é, quando essa energia flui de modo espontâneo de um corpo de maior temperatura para um de menor temperatura. Assim, quanto maior for a massa do material de maior temperatura, maior será o calor fornecido.

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A temperatura também é uma das variáveis de estado dos gases, assim como a pressão e o volume. A variação dessas três grandezas exerce grande influência sobre as propriedades e comportamento das substâncias gasosas. Só faz sentido mencionarmos o volume do gás, por exemplo, se fornecermos também a sua pressão e temperatura.

Quando a pressão é mantida constante (Transformação isobárica), a temperatura varia proporcionalmente com a variação do volume. Isso ocorre porque, se a temperatura aumenta, significa que a agitação das partículas constituintes do gás está maior. Com isso, a tendência é haver a expansão do gás, isto é, o volume aumenta com o aumento da temperatura.

Agora quando o volume é mantido constante (Transformação isocórica ou isovolumétrica), a temperatura varia proporcionalmente com a variação da pressão. Isso quer dizer que, se aumentarmos a temperatura, a pressão dentro do recipiente que contém o gás também aumentará e vice-versa. Isso ocorre porque a pressão é resultado das colisões das partículas do gás com as paredes do recipiente, assim, quanto mais colisões, maior será a pressão. Se a temperatura aumentar, a energia cinética das partículas também aumentará, e elas se movimentarão com maior velocidade, aumentando a pressão.

Quanto maior o volume maior a temperatura?

Quando a temperatura aumenta o volume?

Qual é a relação entre volume e pressão?

Qual é a relação entre temperatura e pressão?