ENEMPEDIA

As misturas gasosas fazem parte do nosso cotidiano, desde o ar que respiramos até aplicações em indústria, laboratórios e processos naturais. Entender como se comportam os gases em misturas e como se relacionam suas pressões é fundamental para resolver questões de Química no ENEM. Um dos conceitos essenciais nesse estudo é o de pressão parcial, descrito pela Lei de Dalton. Neste artigo, vamos explorar de forma didática o que são misturas gasosas, como funciona a pressão parcial e por que a Lei de Dalton é tão importante para a compreensão desses fenômenos.

O que são Misturas Gasosas?

Uma mistura gasosa é formada quando dois ou mais gases estão juntos em um mesmo recipiente ou sistema, sem que haja reação química significativa entre eles. Um exemplo clássico é o ar atmosférico, que contém aproximadamente 78% de nitrogênio (N₂), 21% de oxigênio (O₂) e 1% de outros gases, como argônio (Ar) e dióxido de carbono (CO₂).

Ao contrário de líquidos ou sólidos, os gases em uma mistura tendem a se distribuir uniformemente no volume total, pois suas partículas se movimentam livremente em alta velocidade. Se não ocorrer reação química entre os gases, cada componente mantém suas propriedades moleculares e, principalmente, seu comportamento gasoso individual.

Pressão e Pressão Parcial

A pressão exercida por um gás em um recipiente é resultado das colisões de suas moléculas contra as paredes. Em uma mistura gasosa, cada componente colide com as paredes do recipiente e essas colisões somadas geram a pressão total. A pressão parcial de um gás em uma mistura é a pressão que ele exerceria se estivesse sozinho no mesmo volume e na mesma temperatura.

Exemplo:

Imagine que você tem uma mistura de gás hélio (He) e gás oxigênio (O₂). Se isolarmos apenas o gás hélio ocupando o mesmo recipiente, a pressão desse hélio sozinho seria P_{He}. Já se isolarmos apenas o oxigênio naquele volume, a pressão seria P_{O2}. Na mistura, cada gás contribui com sua pressão parcial para formar a pressão total, que chamamos de P_{total}.

Lei de Dalton das Pressões Parciais

Formulada por John Dalton no início do século XIX, a Lei de Dalton estabelece que a pressão total (P_{total}) de uma mistura gasosa é igual à soma das pressões parciais de todos os gases componentes. Matematicamente:

P_{total} = P_{gás A} + P_{gás B} + P_{gás C} + …

ou, de forma genérica:

P_{total} = Σ P_{i}

onde P_{i} é a pressão parcial do gás i na mistura.

Interpretação do Princípio de Dalton

Cada gás em uma mistura comporta-se como se estivesse sozinho no recipiente, ocupando todo o volume disponível. Isso significa que a pressão parcial de um componente depende apenas de:

1. Número de mols desse gás (n).
2. Temperatura (T).
3. Volume (V).

Ou seja, se mantemos o mesmo V e T, a pressão parcial de um gás depende unicamente de quantos mols desse gás estão presentes.

Equação Geral dos Gases e Pressão Parcial

Para gases que se aproximam do comportamento ideal, podemos usar a Equação Geral dos Gases (PV = nRT) tanto para cada gás individualmente quanto para a mistura total.

• Para a mistura total:

P_{total} x V = (n_{total}) x R x T

onde n_{total} = n_A + n_B + …

• Para cada componente:

P_{parcial, i} x V = (n_i) x R x T

Se rearranjarmos para cada gás:

P_{parcial, i} = n_i x R x T / V

Assim, a pressão parcial de um gás i na mistura é proporcional à quantidade de matéria n_i presente daquele gás.

Fração Molar e Pressão Parcial

Uma forma prática de relacionar as pressões parciais é via fração molar. A fração molar (X_i) de um componente i em uma mistura é a razão entre o número de mols do componente (n_i) e o número de mols total (n_{total}):

X_i = n_i / n_{total}

A Lei de Dalton pode ser combinada com o conceito de fração molar, resultando na expressão:

P_{parcial, i} = X_i x P_{total}

Interpretação: a pressão parcial de um gás i em uma mistura é igual à fração molar desse gás multiplicada pela pressão total.

Exemplo:

Se em um cilindro há 3 mols de N₂ e 1 mol de O₂, então n_{total} = 4 mol. Assim, a fração molar de N₂ é 3/4 = 0,75, enquanto a de O₂ é 1/4 = 0,25. Se a pressão total no cilindro for 8 atm, então:

• P_{N₂} = 0,75 x 8 atm = 6 atm

• P_{O₂} = 0,25 x 8 atm = 2 atm

Importância e Aplicações

1. Ar que Respiramos

O ar atmosférico é uma mistura gasosa em que o nitrogênio tem a maior fração molar (cerca de 0,78), o oxigênio cerca de 0,21 e argônio e outros gases completam 0,01. A pressão atmosférica ao nível do mar (~1 atm) pode ser vista como a soma das pressões parciais de N₂, O₂ e demais gases.

2. Mergulho Submarino

Em cilindros de mergulho, geralmente há uma mistura de oxigênio e nitrogênio (e às vezes hélio) para prevenir problemas de saúde, como a narcose pelo nitrogênio. A Lei de Dalton é essencial para determinar as pressões parciais dos gases em diferentes profundidades, uma vez que a pressão total aumenta de acordo com a profundidade no mar.

3. Processos Industriais

Muitas reações químicas em fase gasosa dependem das frações molares de reagentes. O controle da pressão parcial de cada gás é fundamental em processos como a síntese de amônia (Haber-Bosch) ou mesmo em fornos metalúrgicos.

4. Equilíbrio Químico

A constante de equilíbrio de muitas reações gasosas pode ser expressa em termos de pressões parciais. Nesse caso, a Lei de Dalton auxilia no cálculo do valor de Kp (constante de equilíbrio em termos de pressão).

Erros Comuns no ENEM

1. Confundir Pressão Total com Pressão Parcial: Lembre-se de que a pressão total é a soma das parciais.
2. Esquecer Frações Molares: Muitos problemas usam as frações molares para pedir a pressão parcial. Sempre confira a fração molar com cuidado.
3. Ignorar a Equação Geral dos Gases: Em algumas questões, é necessário usar PV = nRT para cada componente separadamente e, depois, somar os resultados.
4. Unidades Desalinhadas: Verifique se a pressão está em atm, se o volume está em litros e se a temperatura está em Kelvin (K). Se a questão exigir R = 0,082 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹, mantenha as unidades coerentes.

Dicas de Estudo para o ENEM

• Pratique: Faça exercícios envolvendo misturas gasosas, pressões parciais e frações molares.

• Foque em Conceitos: Entenda qualitativamente como se dá a soma de pressões parciais. Muitas questões do ENEM têm formato contextualizado.

• Memorize a Lei de Dalton: P_{total} = Σ P_i. Esse é o ponto de partida para quase todos os cálculos de misturas gasosas.

• Utilize o Conceito de Fração Molar: Saber que P_i = X_i x P_{total} agiliza muito a resolução de problemas.

Conclusão

A Lei de Dalton e o conceito de pressão parcial são fundamentais para entender o comportamento de misturas gasosas. No ENEM, esses temas aparecem recorrentemente em questões que envolvem cálculos de frações molares, análise de reações em fase gasosa e aplicações do cotidiano, como a composição do ar e cilindros de gases medicinais ou industriais. Dominar esses princípios facilita a resolução de problemas de Química e contribui para uma leitura mais consciente de fenômenos naturais e tecnológicos.

SIMULADO ENEM

Questão 1

Uma mistura gasosa contém 2 mol de N₂ e 1 mol de O₂ em um recipiente de 10 L a 27 °C. Sabendo que a pressão total é 6 atm, determine a pressão parcial do oxigênio (O₂) na mistura.

a) 2 atm

b) 3 atm

c) 4 atm

d) 5 atm

Comentário de Resolução:

1. O número total de mols n_{total} = 2 + 1 = 3.
2. Fração molar de O₂: X_{O₂} = 1/3.
3. A pressão parcial é P_{O₂} = X_{O₂} x P_{total} = 1/3 x 6 atm = 2 atm.

Resposta: a)

Questão 2

Se 3 mols de gás hélio e 2 mols de gás argônio são misturados a 1 atm em um recipiente de volume fixo, qual a fração molar de hélio e qual sua pressão parcial, assumindo comportamento ideal?

a) X_{He} = 0,60; pressão parcial = 0,60 atm

b) X_{He} = 0,60; pressão parcial = 0,40 atm

c) X_{He} = 0,75; pressão parcial = 0,75 atm

d) X_{He} = 0,40; pressão parcial = 0,60 atm

Comentário de Resolução:

• Número total de mols: n_{total} = 3 + 2 = 5.

• Fração molar de He: X_{He} = 3/5 = 0,60.

• Pressão parcial de He: 0,60 x 1 atm = 0,60 atm.

Resposta: a)

Questão 3

Considere uma mistura de gases ideais contendo metano (CH₄) e oxigênio (O₂), totalizando 10 mols. Se a pressão total do sistema é 8 atm e a fração molar de metano é 0,2, qual é a pressão parcial do metano?

a) 1,6 atm

b) 2,0 atm

c) 3,2 atm

d) 4,0 atm

Comentário de Resolução:

• Fração molar de CH₄ é 0,2.

• Pressão parcial do metano: P_{CH₄} = 0,2 x 8 atm = 1,6 atm.

Resposta: a)

Bons Estudos!

Dominar o conceito de pressão parcial e a Lei de Dalton prepara você não só para resolver questões do ENEM envolvendo misturas gasosas, mas também para entender fenômenos do dia a dia e aplicações industriais relacionadas à composição e pressão de gases. Revise sempre exemplos práticos, pois a contextualização é comum nas provas, e mantenha atenção às unidades e aos princípios fundamentais da Química.