Fluidostática
(Mistura de gases - Parte 6)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Difusão de gases
Os gases e vapores são miscíveis em quaisquer proporções. Levando-se gases diversos a um mesmo recinto (suposto pequeno em confronto com o globo terrestre), eles se misturam espontaneamente; isto é, mesmo com exclusão de quaisquer correntes na massa gasosa, cada componente invade todo o espaço disponível. A conseqüência disto é que, após algum tempo, as moléculas de cada espécie estão distribuídas uniformemente no recinto. Esse fenômeno de mistura e homogeneização espontâneas é denominado difusão; é fenômeno decorrente do movimento molecular (agitação térmica das moléculas).

A difusão é evidenciada sugestivamente mediante gases ou vapores de cheiro acentuado e característico (perfumes, gás sulfídrico, mercáptans).

Notas
1) A difusão molecular é fenômeno exibido pela matéria em qualquer estado de agregação; ela é relativamente lenta entre líquidos, lentíssima entre sólidos.
2) A difusão de um gás na película superficial de um sólido é denominada adsorção; ela desempenha papel importante em fenômenos de catalise.
3) A difusão de um gás em um liquido é denominada absorção ou dissolução; a este fenômeno aplica-se a lei de Henry.
4) A difusão através de membranas semipermeáveis é denominada osmose.

Pressões parciais - Lei de Dalton
Seja dada uma mistura gasosa ocupando o volume V à temperatura T, sob pressão p. Denomina-se pressão parcial de um componente qualquer da mistura a pressão p_j que ele exerceria na ausência dos demais componentes, a mesma temperatura T e no mesmo volume V. Aplica-se a lei de Dalton:

A pressão de uma mistura de gases é soma das pressões parciais dos componentes.

Simbolicamente:                                                    p = S p_j        ...(01)

Vejamos alguns comentários relativos à lei de Dalton.

Consideremos, por simplicidade, que temos um dado volume de ar seco, composto de oxigênio, nitrogênio e argônio (outros gases estão presentes em quantidades bem menores que estes três).
De acordo com a Lei de Dalton, a pressão exercida por uma mistura de gases perfeitos é igual à soma das pressões exercidas pelos gases individuais ocupando o mesmo volume sozinhos. Essa pressão individual de cada gás é a denominada pressão parcial.

No nível do mar a pressão é de aproximadamente 1 atm  (que é igual a 1 kgf/cm²). Nessa situação temos, aproximadamente, as seguintes pressões parciais dos gases:

Nitrogênio = 0,78 atm (p_n)          Oxigênio = 0,21 atm (p_o)          Argônio = 0,0096 atm (p_a)

Sendo P_t a pressão total, tem-se:     P_t = p_n + p_o + p_a    ou,       1 atm = 0,78 atm + 0,21 atm + 0,0096 atm

Se comprimirmos esse volume de gás, diminuindo-o até que P_t assuma valor de 2 atm, teremos:
                                                2 x (1 atm) = 2 x (0,78 atm + 0,21 atm + 0,0096 atm)

e, portanto, as pressões parciais serão, após a compressão:

Nitrogênio = 1,56 atm     Oxigênio = 0,42 atm      Argônio = 0,0192 atm

A seguir, ao invés de comprimirmos o gás diminuindo o volume, vamos manter o volume original dado e adicionar gás hélio, até que a pressão total assuma novamente o valor de 2 atm; teríamos segundo a lei de Dalton:

P_t = p_n + p_o + p_a +p_he     ou    2 atm = 0,78 atm + 0,21 atm + 0,0096 atm +1 atm

onde p_he é a pressão parcial de hélio.
Observe que neste caso as pressões parciais do oxigênio, nitrogênio e argônio não mudaram, e, portanto, de acordo com a lei de Henry, a solubilidade desses gases em líquido também não aumenta.

Volumes parciais - Lei de Amagat
Denomina-se volume parcial de um componente de uma mistura de gases o volume V_j que seria ocupado por este componente, isolado dos demais, a mesma temperatura T e sob a mesma pressão  p  da mistura (admitindo, por hipótese, que nestas condições o componente em questão ainda obedeça às leis dos gases). Aplica-se a lei de Amagat:

O volume de uma mistura de gases é soma dos volumes parciais dos componentes.

Simbolicamente:                                                    V = S V_j        ...(02)

Notas
1) As leis de Dalton e Amagat se equivalem, pois uma pode ser deduzida a partir da outra, através das leis dos gases.
2) A lei de Amagat depende da hipótese enunciada; quando esta não é satisfeita realmente, idealiza-se o gás fictício que lhe obedeça.
3) Na teoria e nas aplicações dá-se preferência à lei de Dalton, por ser conforme com a natureza e admitir fácil interpretação física (Teoria Cinética dos Gases).