Lei dos gases ideais

A lei dos gases ideais é a chamada equação de estado do gás ideal, também chamado de gás perfeito. Empiricamente, em tal lei, observam-se uma série de relações entre a temperatura, a pressão e o volume do gás que dão lugar à lei dos gases ideais, enunciada pela primeira vez por Émile Clapeyron, em 1834,[1] o que conferencia, em muitos casos, o título equação de Clapeyron para a equação de estado dos gases ideais.

A equação de estado

O comportamento termodinâmico mais simples é verificado nos gases,[2] e, por esse motivo, facilmente verifica-se que, para fluidos homogêneos em geral, um estado de equilíbrio termodinâmico é inteiramente caracterizado por qualquer par entre as variáveis P, V e T (respectivamente, pressão, volume e temperatura). Esse princípio implica que a terceira das variáveis é função das outras duas, e, portanto, existe uma relação funcional do tipo , que relaciona as três principais propriedades de um gás e que é chamada de equação de estado do fluido.

Gráfico de PV versus nT para um gás ideal. A inclinação da reta é dada pela constante universal dos gases ideais.

Há uma quarta grandeza na relação acima, , que representa o número de mols do gás. Embora essa grandeza não apresente dependência direta das outras três, a sua relação com elas provou ser de importância para o desenvolvimento das equações, a partir do momento em que se percebeu que o número de mols poderia influenciar nas demais propriedades gasosas envolvidas em um determinado processo. Em outras palavras, os quatro parâmetros apresentados acima são dependentes entre si e, alterando-se o valor de um deles, um ou mais também serão alterados. Isso contribui para uma mudança de estado do sistema.[2]

Proporcionalidade entre as grandezas

Começaram-se pesquisas a respeito do comportamento dos gases de acordo com , , e . Tabelas e gráficos em função dessas quatro grandezas mostraram que existe uma proporcionalidade entre elas; mais especificamente, em um gráfico PV versus nT, é verificada uma reta com uma exclusiva declividade, , o que forneceu a seguinte razão:

[3]

,onde R é a constante universal dos gases reais ou perfeitos e, como a própria nomenclatura sugere, é igual para todos os gases. Essa proporcionalidade entre tais grandezas levou, finalmente, à equação:

, conhecida como lei dos gases ideais. Ela descreve normalmente a relação entre pressão, volume, temperatura e o número de mols (quantidade) de um determinado gás de comportamento ideal, cujas grandezas e unidades no Sistema Internacional são:

Valores de R em diferentes unidades

Valores de R