Um gás é um estado fluido da matéria que não passa para o estado líquido apenas por um aumento de pressão ou apenas por uma diminuição de temperatura. A sua temperatura está acima da temperatura crítica.
Por exemplo, ao nível do mar, a água passa para o estado de vapor a 100ºC. Digamos que o vapor de água esteja sob uma temperatura de 105ºC em um recipiente fechado. Nesse caso, se aumentarmos a pressão dentro do recipiente, o vapor retornará para o estado líquido. No entanto, se a água estiver numa temperatura acima de 374ºC (temperatura crítica da água), não conseguiremos liquefazê-la apenas por um aumento de pressão. Acima dessa temperatura, a água é um gás.
Na maioria das vezes, nós não podemos ver os gases, porém, podemos ver o que eles fazem. Assim, os cientistas realizaram vários tipos de experimentos com os gases e criaram a teoria cinética dos gases ou teoria do gás ideal, que é um modelo usado para explicar o comportamento e as características dos gases. Assim, antes de conhecermos as propriedades principais dos gases, vejamos suas origens.
Segundo essa teoria, os gases são compostos de partículas, sendo que a maioria é composta por moléculas, com exceção dos gases nobres, cujas partículas são átomos. Essas partículas se encontram bastante afastadas umas das outras e praticamente não ocorre interação entre elas. Elas possuem um elevado grau de liberdade, movimentando-se desordenadamente, em trajetórias retilíneas e chocando-se umas contra as outras e contra as paredes do recipiente que contém o gás. Assim, a pressão exercida por um gás é exatamente a força por unidade de área ocasionada quando a partícula se choca com a parede do recipiente.
Se não houver diferença de temperatura entre o gás e o meio externo, o choque das partículas contra as paredes do recipiente será perfeitamente elástico, ou seja, sem variação da energia mecânica total. Isso também ocorre com o choque entre duas partículas, com a única diferença de que uma pode perder energia para a outra.
O aumento da temperatura eleva a energia cinética das partículas dos gases e, com isso, a sua velocidade de movimentação também aumenta. Assim, a energia cinética média é diretamente proporcional à temperatura termodinâmica do gás:
Ecin = k . T
Em que:
k = constante de proporcionalidade de cada gás;
T = temperatura na escala absoluta (Kelvin).
Dizemos energia cinética média porque a velocidade das partículas e sua energia cinética podem variar de uma para a outra em um dado instante, mesmo possuindo a mesma massa e sendo a mesma substância ou elemento.
Com base nessas informações, agora podemos entender as características principais dos gases ideais, que são:
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Volume variável: adquire a forma do recipiente que o contém. Isso ocorre porque o volume das partículas é considerado desprezível em relação ao volume do recipiente. Além disso, como estão em constante movimento, elas podem se expandir ocupando todo o volume de onde estão;
O volume dos gases é variável, adaptando-se ao volume do recipiente
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Forma variável: também é de acordo com o recipiente em que está contido. Visto que as partículas estão bem afastadas umas das outras e elas possuem grande liberdade de movimentação, elas adquirem a forma do recipiente.
Veja a comparação entre o estado gasoso e os outros estados físicos por meio do modelo abaixo:
Modelo representando os contituintes de um material em diferentes estados físicos
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Grande compressibilidade: As partículas constituintes dos gases estão muito afastadas umas das outras, por isso, elas podem ser comprimidas;
A compressibilidade dos gases é grande
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Extraordinária capacidade de expansão: As partículas constituintes dos gases estão em constante movimento, por isso, podem se expandir;
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Temperatura: Está relacionada com a energia cinética média das partículas. Quanto maior a temperatura, maior a energia cinética e maior a expansão do gás, e vice-versa;
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Baixa densidade: A densidade é dada pela razão entre a massa de um material e o volume por ele ocupado (d = m/V). As partículas ficam muito afastadas, assim há uma massa pequena, praticamente desprezível, em um grande volume. Por isso, a sua densidade relativa é muito pequena;
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São miscíveis entre si em qualquer proporção.
É importante ressaltar que esse modelo é para o gás ideal. O comportamento de um gás real se aproxima progressivamente do comportamento de um gás ideal quanto maior for a temperatura e quanto menor for a pressão. Caso contrário, em condições de pressão muito alta ou de temperatura muito baixa, as partículas interagem umas com as outras e seu comportamento se afasta sensivelmente do modelo proposto para o gás ideal.
Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química