ENEMPEDIA

Estudar sistemas gasosos é essencial para compreender fenômenos do cotidiano e solucionar questões de Ciências da Natureza do ENEM. Gases estão em todo lugar: no ar que respiramos, nos balões de ar quente, nos cilindros hospitalares de oxigênio e até mesmo em processos industriais de larga escala. Por isso, dominar os conceitos que envolvem pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria é um passo fundamental para o êxito no exame.

PRESSÃO, VOLUME, TEMPERATURA E MOL

Quando falamos de gases, quatro variáveis são necessárias para descrever seu estado: pressão (P), volume (V), temperatura (T) e quantidade de matéria (n). A pressão está associada às colisões das partículas do gás contra as paredes do recipiente, o volume descreve o espaço ocupado pelo gás, a temperatura reflete a energia cinética média das moléculas e a quantidade de matéria (em mol) indica quantas partículas há naquele sistema. No ENEM, problemas envolvendo gases geralmente relacionam essas variáveis. Por isso, é importante compreender como elas interagem e quais leis descrevem seus comportamentos.

LEI DE BOYLE: PROCESSO ISOTÉRMICO

A Lei de Boyle (ou Boyle-Mariotte) descreve a relação entre pressão e volume quando a temperatura (T) e a quantidade de matéria (n) permanecem constantes. Num processo isotérmico, o produto P×V é constante. Matematicamente, P₁V₁ = P₂V₂. Se comprimimos um gás pela metade do volume, sua pressão dobra. Essa lei se aplica, por exemplo, a cilindros de gás hospitalar: ao comprimir o O₂, é possível armazenar grande quantidade de gás em pequenos espaços. No ENEM, costuma aparecer problemas hipotéticos em que se desloca um êmbolo em um recipiente sem variação de temperatura e os estudantes devem encontrar a nova pressão ou o novo volume.

LEI DE CHARLES: PROCESSO ISOBÁRICO

A Lei de Charles descreve o comportamento de um gás mantido sob pressão constante (processo isobárico), estabelecendo que o quociente V/T é constante. Em duas situações comparadas, V₁/T₁ = V₂/T₂, desde que a pressão e o número de mols não se alterem. Isso significa que se aquecemos um gás em pressão constante, seu volume aumenta proporcionalmente à temperatura absoluta. Um exemplo cotidiano é um balão de ar quente: ao esquentar o ar no interior do balão, o volume se expande, pois as partículas ficam mais energéticas. Em questões do ENEM, você pode encontrar exemplos que envolvem recipientes abertos ou balões submetidos a diferentes temperaturas.

LEI DE GAY-LUSSAC: PROCESSO ISOCÓRICO

Quando o volume permanece constante (processo isocórico), a pressão de um gás varia diretamente com a temperatura absoluta, expressa na relação P₁/T₁ = P₂/T₂. A Lei de Gay-Lussac explica o aumento de pressão em recipientes lacrados quando há aquecimento. Latas de aerossol são exemplos disso: se elas esquentam, a pressão aumenta significativamente, pois o volume não muda. No ENEM, problemas envolvendo latas sob calor podem requerer o uso dessa lei para explicar por que o aumento de temperatura eleva a pressão a ponto de haver risco de explosão.

EQUAÇÃO GERAL DOS GASES (PV = nRT)

Unificando as três leis mencionadas, chegamos à Equação Geral dos Gases Ideais: PV = nRT. Esse modelo é chamado de “ideal” porque desconsidera interações entre as moléculas e o volume ocupado por elas, sendo mais preciso em baixas pressões e temperaturas moderadas. Nessa equação, P é a pressão, V o volume, n o número de mols, R a constante universal dos gases e T a temperatura em Kelvin. O valor de R depende das unidades escolhidas para pressão e volume, sendo 0,082 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹ uma das constantes mais usadas. Se o ENEM pedir para calcular o volume ocupado por certa massa de gás em temperatura e pressão conhecidas, podemos usar PV = nRT desde que convertamos a massa para mol (n = massa ÷ massa molar). Questões também podem explorar que, em CNTP (1 atm e 273 K), 1 mol de um gás ideal ocupa aproximadamente 22,4 L.

PRINCÍPIO DE AVOGADRO E VOLUME MOLAR

O Princípio de Avogadro afirma que volumes iguais de gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão, contêm o mesmo número de partículas. Esse princípio leva à definição de volume molar do gás em CNTP, cerca de 22,4 L/mol. No ENEM, podem aparecer questões envolvendo misturas gasosas ou cálculos estequiométricos, em que é necessário usar o volume molar para converter quantidade de gás em volume.

APLICAÇÕES NO DIA A DIA E NO ENEM

As leis dos gases aparecem em inúmeras situações cotidianas: balões de hélio que se expandem ou contraem com a temperatura, airbags em carros, ferver água em panela de pressão, cilindros de GNV em automóveis, respiração humana. No ENEM, questões contextualizadas podem relacionar essas situações a problemas de comparação de volumes ou cálculos usando equações como a de Clapeyron (PV = nRT). O segredo está em identificar qual a grandeza permanece constante (processo isotérmico, isobárico ou isocórico) ou se há variação conjunta (aplicando a equação geral dos gases).

DICAS PARA O ENEM

1. Atente-se às unidades. A temperatura deve estar em Kelvin (K = °C + 273). 2) Se a pressão estiver em atm e o volume em litros, utilize R = 0,082 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹. 3) Caso o volume ou pressão esteja em unidades diferentes (m³, Pa, mmHg), converta tudo para as unidades coerentes antes de aplicar as equações. 4) Em questões qualitativas, foque nas relações diretas ou inversas: volume e pressão (inversamente proporcionais se T é constante), volume e temperatura (diretamente proporcionais se P é constante), pressão e temperatura (diretamente proporcionais se V é constante). 5) Se o enunciado mencionar CNTP, lembre-se de que 1 mol de gás ideal ocupa 22,4 L. Porém, se houver outras condições normais definidas, verifique se o valor pode ser diferente, pois há diferentes definições de “condições normais”.

SIMULADO ENEM

Questão 1

Um cilindro contém 10 L de gás hidrogênio (H₂) a 5 atm de pressão e temperatura constante de 25 °C. Esse gás é liberado para um recipiente onde a pressão interna é de 1 atm, mantendo a mesma temperatura. Qual o volume aproximado que o gás ocupará nesse recipiente, considerando comportamento ideal?

a) 2 L
b) 10 L
c) 20 L
d) 50 L
e) 60 L

Comentário de Resolução: Aplicando a Lei de Boyle, P₁V₁ = P₂V₂. Substituindo: (5 atm)(10 L) = (1 atm)(V₂). Logo V₂ = 50 L. Resposta: letra d).

Questão 2

Um balão de ar quente no solo possui volume de 2,0 × 10³ L a 27 °C, sob pressão atmosférica constante. Ao ser aquecido até 127 °C, ainda na mesma pressão, qual o volume aproximado do balão? (Use T(K) = t(°C) + 273).

a) 2,4 × 10³ L
b) 2,6 × 10³ L
c) 3,0 × 10³ L
d) 3,2 × 10³ L
e) 3,6 × 10³ L

Comentário de Resolução: Temperatura inicial: 27 °C + 273 = 300 K. Temperatura final: 127 °C + 273 = 400 K. Pela Lei de Charles, V₁/T₁ = V₂/T₂. Então 2,0 × 10³ / 300 = V₂ / 400. Logo V₂ = (2,0 × 10³ × 400)/300 = (800 × 10³)/300 ≈ 2,7 × 10³ L. Aproximando, a alternativa mais compatível é a letra b) 2,6 × 10³ L.

Questão 3

Uma certa massa de gás ocupa 3,0 L a 300 K e 2,0 atm. Se o volume aumentar para 4,0 L e a temperatura subir para 400 K, mantendo a quantidade de mols constante, qual a nova pressão? (Considere gás ideal.)

a) 1,0 atm
b) 1,5 atm
c) 2,0 atm
d) 2,5 atm
e) 3,0 atm

Comentário de Resolução: Aplicando a equação geral P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂, obtemos (2,0 × 3,0)/300 = (P₂ × 4,0)/400. A esquerda é 6/300 = 0,02. À direita temos (4,0P₂)/400 = 0,01P₂. Igualando: 0,02 = 0,01P₂ ⇒ P₂ = 2 atm. Resposta: letra c).

Bons estudos e lembre-se de praticar bastante a resolução de exercícios que envolvam as leis dos gases. Assim, você estará mais bem preparado para reconhecer rapidamente qual lei aplicar, fazer as conversões adequadas e solucionar problemas típicos do ENEM!