Os gases fazem parte de inúmeras situações do cotidiano: estão no ar que respiramos, nos pneus dos veículos, nos cilindros hospitalares, nos aerossóis, nos balões e até no funcionamento de motores e sistemas de refrigeração.
Na Química, o estudo dos gases procura compreender como grandezas como pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria se relacionam.
Esse conteúdo aparece no Enem principalmente em problemas contextualizados. A prova pode apresentar um pneu aquecido durante uma viagem, um balão meteorológico subindo na atmosfera, uma seringa sendo comprimida ou um recipiente contendo gás submetido a mudanças de temperatura.
Além dos cálculos, é muito importante saber interpretar gráficos de transformações gasosas.
Neste artigo, você aprenderá as principais leis dos gases, verá exemplos resolvidos, entenderá como reconhecer os gráficos e poderá praticar com cinco exercícios no estilo Enem. 🎈🧪
Quais grandezas descrevem um gás?
Para estudar o comportamento de uma determinada quantidade de gás, utilizamos principalmente quatro grandezas:
- pressão (P);
- volume (V);
- temperatura (T);
- quantidade de matéria (n).
Essas grandezas estão relacionadas.
Quando uma delas muda, uma ou mais das outras podem sofrer alterações.
Por exemplo, ao pressionar o êmbolo de uma seringa fechada, diminuímos o espaço disponível para o gás. Como resultado, sua pressão tende a aumentar.
Pressão de um gás
As partículas de um gás estão em movimento constante.
Quando colidem com as paredes do recipiente, exercem força sobre elas.
A relação entre essa força e a área sobre a qual ela atua corresponde à pressão.
Entre as unidades utilizadas estão:
- pascal — Pa;
- atmosfera — atm;
- milímetros de mercúrio — mmHg.
Uma relação importante é:
1 atm = 760 mmHg
Em exercícios, o enunciado normalmente informa a unidade necessária.
Volume
O volume corresponde ao espaço ocupado pelo gás.
Como os gases se expandem e ocupam o recipiente disponível, o volume do gás geralmente corresponde ao volume interno do recipiente.
As unidades podem ser:
- litro — L;
- mililitro — mL;
- metro cúbico — m³.
Lembre-se:
1 L = 1.000 mL
e:
1 m³ = 1.000 L
Temperatura: atenção à escala Kelvin
Nas leis dos gases, a temperatura deve ser utilizada na escala Kelvin.
A relação aproximada é:
T(K) = T(°C) + 273
Exemplo:
27 °C:
T = 27 + 273
T = 300 K
Outro exemplo:
127 °C:
T = 127 + 273
T = 400 K
Esse cuidado é essencial.
Não utilize diretamente graus Celsius nas equações das transformações gasosas.
Por que utilizar Kelvin?
A escala Kelvin está relacionada à chamada temperatura absoluta.
Seu zero corresponde ao zero absoluto, situação limite em que a energia térmica das partículas atinge seu valor mínimo possível.
Nas relações entre volume e temperatura ou pressão e temperatura, precisamos utilizar uma escala absoluta para preservar a proporcionalidade matemática.
Transformações gasosas
Quando determinada quantidade de gás passa de um estado para outro, dizemos que ocorreu uma transformação gasosa.
As três transformações básicas são:
- isotérmica;
- isobárica;
- isocórica ou isovolumétrica.
O nome indica qual grandeza permanece constante.
Transformação isotérmica
Na transformação isotérmica, a temperatura permanece constante.
Portanto:
T = constante
Nesse caso, pressão e volume apresentam uma relação inversa.
Se o volume diminui, a pressão aumenta.
Se o volume aumenta, a pressão diminui.
Essa relação é descrita pela Lei de Boyle-Mariotte.
Lei de Boyle-Mariotte
Para uma quantidade fixa de gás mantida à temperatura constante:
P₁V₁ = P₂V₂
Isso significa:
P ∝ 1/V
Pressão e volume são inversamente proporcionais.
Exemplo
Um gás ocupa 4 L sob pressão de 2 atm.
Mantendo a temperatura constante, ele é comprimido até 2 L.
Qual será a pressão final?
Aplicamos:
P₁V₁ = P₂V₂
2 × 4 = P₂ × 2
8 = 2P₂
P₂ = 4 atm
Ao reduzir o volume à metade, a pressão dobrou.
Gráfico da transformação isotérmica
Em um gráfico de:
pressão × volume
a transformação isotérmica é representada por uma curva chamada hipérbole.
Quando o volume aumenta:
a pressão diminui.
Portanto, o gráfico não é uma reta.
Essa representação é muito importante para questões de interpretação.
Aplicação: seringa fechada
Imagine uma seringa com a ponta tampada.
Ao pressionar o êmbolo:
- o volume do gás diminui;
- a temperatura é considerada aproximadamente constante em uma situação idealizada;
- a pressão aumenta.
Essa é uma aplicação simples da Lei de Boyle.
Transformação isobárica
Na transformação isobárica, a pressão permanece constante.
Assim:
P = constante
Volume e temperatura absoluta são diretamente proporcionais.
Se a temperatura aumenta, o volume também aumenta.
Essa relação é associada à Lei de Charles e Gay-Lussac para transformações a pressão constante.
Lei da transformação isobárica
A relação é:
V₁/T₁ = V₂/T₂
A temperatura deve estar em Kelvin.
Exemplo
Um gás ocupa 3 L a 300 K.
Mantendo a pressão constante, sua temperatura aumenta para 600 K.
Qual é o novo volume?
V₁/T₁ = V₂/T₂
3/300 = V₂/600
Multiplicando:
300V₂ = 1.800
V₂ = 6 L
A temperatura absoluta dobrou e o volume também dobrou.
Gráfico da transformação isobárica
No gráfico:
volume × temperatura Kelvin
temos uma reta crescente.
Isso acontece porque:
V ∝ T
Quando a temperatura aumenta, o volume aumenta proporcionalmente.
Se a reta fosse extrapolada no modelo ideal, passaria pela origem do gráfico em Kelvin.
Aplicação: balão
Imagine um balão flexível aquecido.
Se a pressão externa permanecer aproximadamente constante, o aumento da temperatura faz as partículas se movimentarem mais intensamente.
O gás tende a ocupar um volume maior.
Esse comportamento ajuda a compreender a transformação isobárica.
Transformação isocórica ou isovolumétrica
Na transformação isocórica, o volume permanece constante.
Assim:
V = constante
Pressão e temperatura absoluta tornam-se diretamente proporcionais.
A relação é:
P₁/T₁ = P₂/T₂
Exemplo
Um gás em recipiente rígido apresenta pressão de 2 atm a 300 K.
Sua temperatura aumenta para 450 K.
Qual será a pressão?
P₁/T₁ = P₂/T₂
2/300 = P₂/450
300P₂ = 900
P₂ = 3 atm
A temperatura aumentou e, como o volume não pôde aumentar, a pressão também aumentou.
Gráfico da transformação isocórica
Em um gráfico:
pressão × temperatura Kelvin
temos uma reta crescente.
Como:
P ∝ T
o aumento da temperatura provoca aumento proporcional da pressão.
Aplicação: recipientes fechados
Imagine um recipiente rígido completamente fechado contendo gás.
Se ele for aquecido:
- o volume não muda;
- as partículas passam a se movimentar mais rapidamente;
- as colisões com as paredes tornam-se mais frequentes e intensas;
- a pressão aumenta.
Essa é uma das razões pelas quais recipientes pressurizados não devem ser expostos a temperaturas inadequadas.
Equação geral dos gases
Quando a quantidade de gás permanece constante, mas pressão, volume e temperatura podem variar, utilizamos a equação geral dos gases:
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
Essa equação reúne as três transformações.
Se uma grandeza permanece constante, ela pode ser simplificada.
Exemplo
Um gás ocupa:
- V₁ = 4 L;
- P₁ = 1 atm;
- T₁ = 300 K.
Depois passa para:
- P₂ = 2 atm;
- T₂ = 450 K.
Qual é o novo volume?
Aplicamos:
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
1 × 4 / 300 = 2 × V₂ / 450
Multiplicando:
4 × 450 = 600V₂
1.800 = 600V₂
V₂ = 3 L
Equação dos gases ideais
Quando precisamos relacionar pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria, utilizamos:
PV = nRT
Em que:
- P = pressão;
- V = volume;
- n = quantidade de matéria em mol;
- R = constante universal dos gases;
- T = temperatura em Kelvin.
Um valor muito utilizado é:
R = 0,082 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹
quando pressão está em atm e volume em litros.
Exemplo com PV = nRT
Considere 1 mol de um gás ideal a:
- T = 300 K;
- P = 1 atm.
Qual é aproximadamente seu volume?
PV = nRT
1 × V = 1 × 0,082 × 300
V = 24,6 L
Portanto, nessas condições, o volume é aproximadamente 24,6 L.
O que é um gás ideal?
O gás ideal é um modelo teórico.
Nesse modelo, consideramos que:
- as partículas possuem volume desprezível;
- não existem forças de atração significativas entre elas;
- as colisões são perfeitamente elásticas;
- as partículas estão em movimento constante.
Nenhum gás real segue perfeitamente esse comportamento.
Entretanto, muitos gases se aproximam do modelo ideal em condições de:
- baixa pressão;
- temperatura relativamente alta.
Quando gases reais se afastam do modelo ideal?
Em altas pressões, as partículas ficam muito próximas.
Nesse caso, o volume próprio das partículas começa a ter importância.
Em baixas temperaturas, as forças de atração entre moléculas também se tornam mais significativas.
Por isso, gases reais podem se afastar do comportamento previsto por:
PV = nRT
especialmente em situações próximas da liquefação.
Teoria cinético-molecular
O comportamento dos gases pode ser explicado pela teoria cinético-molecular.
Segundo esse modelo:
- partículas gasosas estão em movimento contínuo;
- colidem umas com as outras;
- colidem com as paredes do recipiente;
- a pressão resulta dessas colisões;
- a temperatura está relacionada à energia cinética média das partículas.
Quando a temperatura aumenta:
aumenta a energia cinética média das partículas.
Essa ideia ajuda a entender várias leis dos gases.
Por que a pressão aumenta quando o gás é aquecido?
Imagine um gás em recipiente rígido.
Ao aumentar a temperatura:
- aumenta a energia cinética média;
- as partículas se movimentam mais rapidamente;
- aumentam as colisões com as paredes;
- a pressão aumenta.
Como o recipiente não pode se expandir, o aumento da temperatura se manifesta principalmente como aumento da pressão.
Balões meteorológicos
Balões meteorológicos são uma excelente aplicação das leis dos gases.
Quando um balão sobe na atmosfera:
- a pressão externa diminui;
- o gás no interior tende a se expandir;
- o volume do balão aumenta.
Se a expansão ultrapassar o limite do material, o balão pode se romper.
Questões do Enem podem relacionar esse fenômeno à diminuição da pressão atmosférica com a altitude.
Pneus de automóveis
Durante uma viagem, os pneus podem aquecer devido ao movimento e ao contato com a estrada.
Considerando aproximadamente constante o volume interno, o aumento da temperatura pode elevar a pressão do gás.
Isso está relacionado à transformação isocórica.
O exemplo mostra por que temperatura e pressão devem ser consideradas ao avaliar a calibragem.
Panela de pressão
A panela de pressão também permite relacionar gases, pressão e temperatura.
Como o vapor permanece parcialmente confinado, a pressão interna pode ficar maior que a atmosférica.
Com pressão maior, a água pode atingir temperaturas superiores a 100 °C antes de entrar em ebulição intensa.
Isso permite que os alimentos cozinhem mais rapidamente.
A panela possui sistemas de controle e segurança destinados a regular a pressão.
Aerossóis
Latas de aerossol contêm substâncias sob pressão.
Por isso, seus rótulos costumam alertar contra exposição a altas temperaturas.
O aquecimento pode aumentar a pressão interna.
Em um recipiente fechado, esse aumento pode tornar-se perigoso.
Esse tipo de situação é frequentemente utilizado para contextualizar leis dos gases.
Mergulho e gases
A pressão aumenta à medida que um mergulhador desce.
Mudanças de pressão influenciam o comportamento dos gases em cavidades e equipamentos.
Por isso, processos de subida e descida precisam respeitar princípios físicos e fisiológicos específicos.
Em questões escolares, a ideia central pode ser a relação entre:
pressão e volume.
Sob maior pressão, um volume de gás tende a diminuir, se outras condições forem adequadamente controladas.
Como interpretar gráficos dos gases?
O primeiro passo é observar os eixos.
Pergunte:
Qual grandeza está no eixo horizontal?
Qual está no eixo vertical?
Depois identifique qual grandeza permanece constante.
P × V com T constante
Curva decrescente.
Transformação isotérmica.
V × T em Kelvin com P constante
Reta crescente.
Transformação isobárica.
P × T em Kelvin com V constante
Reta crescente.
Transformação isocórica.
Esses três padrões merecem ser memorizados.
Atenção ao gráfico em Celsius
A proporcionalidade direta entre volume e temperatura ou pressão e temperatura só ocorre de maneira simples quando utilizamos a temperatura em Kelvin.
Em um gráfico usando Celsius, a reta não passa necessariamente pela origem.
Por isso, sempre observe a unidade utilizada no eixo.
Resumo das principais leis
Boyle-Mariotte
Temperatura constante:
P₁V₁ = P₂V₂
P e V são inversamente proporcionais.
Isobárica
Pressão constante:
V₁/T₁ = V₂/T₂
V e T são diretamente proporcionais.
Isocórica
Volume constante:
P₁/T₁ = P₂/T₂
P e T são diretamente proporcionais.
Equação geral
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
Gás ideal
PV = nRT
Erros comuns em exercícios
Usar Celsius diretamente
Errado:
T = 27
Correto:
T = 300 K
quando a equação exige temperatura absoluta.
Confundir proporcionalidade
Em transformação isotérmica:
volume aumenta → pressão diminui.
Nas transformações envolvendo temperatura em Kelvin:
volume ou pressão podem aumentar junto com a temperatura.
Não identificar a grandeza constante
Antes de escolher a fórmula, pergunte:
O que permaneceu constante?
Essa informação determina a lei mais simples.
Misturar unidades
Se a pressão inicial está em atm e a final em mmHg, converta antes quando necessário.
Faça o mesmo para volume.
Estratégia para o Enem
Ao resolver uma questão de gases:
- identifique os dados;
- transforme temperaturas para Kelvin;
- descubra qual grandeza permanece constante;
- escolha a equação;
- confira as unidades;
- resolva;
- analise se o resultado faz sentido fisicamente.
Uma excelente conferência é perguntar:
Se o gás foi comprimido, era esperado que a pressão aumentasse?
Se sua resposta matemática indicar o contrário em uma transformação isotérmica, provavelmente houve algum erro.
Exercícios estilo Enem
Questão 1
Uma quantidade de gás ocupa 6 L sob pressão de 2 atm. Mantendo a temperatura constante, o gás é comprimido até 3 L.
A pressão final será:
A) 1 atm
B) 2 atm
C) 3 atm
D) 4 atm
E) 6 atm
Gabarito: D
Comentário:
Em temperatura constante:
P₁V₁ = P₂V₂
2 × 6 = P₂ × 3
12 = 3P₂
P₂ = 4 atm
Ao reduzir o volume à metade, a pressão dobra.
Questão 2
Um gás ocupa 2 L a 300 K e pressão constante. Sua temperatura é elevada para 450 K.
O novo volume será:
A) 1 L
B) 2 L
C) 3 L
D) 4 L
E) 6 L
Gabarito: C
Comentário:
Em transformação isobárica:
V₁/T₁ = V₂/T₂
2/300 = V₂/450
300V₂ = 900
V₂ = 3 L
Questão 3
Um gás encontra-se em recipiente rígido a 27 °C. Sua temperatura aumenta para 127 °C.
A conversão correta das temperaturas para Kelvin é:
A) 27 K e 127 K.
B) 100 K e 200 K.
C) 246 K e 346 K.
D) 300 K e 400 K.
E) 327 K e 427 K.
Gabarito: D
Comentário:
Utilizamos:
T(K) = T(°C) + 273
Logo:
27 + 273 = 300 K
127 + 273 = 400 K
Questão 4
Um balão meteorológico sobe para regiões da atmosfera em que a pressão externa é menor. Considerando que o material do balão permita expansão, espera-se que seu volume:
A) diminua devido à redução da pressão.
B) aumente devido à redução da pressão externa.
C) permaneça sempre exatamente igual.
D) seja independente da pressão.
E) torne-se nulo.
Gabarito: B
Comentário: A redução da pressão externa favorece a expansão do gás. Por isso, balões meteorológicos aumentam de volume conforme sobem, até os limites do material.
Questão 5
Em um recipiente rígido, a temperatura absoluta de um gás aumenta enquanto sua quantidade permanece constante.
O comportamento esperado da pressão é:
A) diminuir, porque P e T são inversamente proporcionais.
B) permanecer obrigatoriamente nula.
C) aumentar, pois P e T são diretamente proporcionais a volume constante.
D) diminuir apenas porque o recipiente está fechado.
E) não sofrer nenhuma relação com a temperatura.
Gabarito: C
Comentário: Em transformação isocórica:
P/T = constante
Portanto, aumentando a temperatura absoluta, a pressão também aumenta.
Conclusão
O comportamento dos gases pode ser compreendido a partir das relações entre pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria.
Nas principais transformações:
Isotérmica
→ temperatura constante
→ pressão e volume inversamente proporcionais.
Isobárica
→ pressão constante
→ volume e temperatura diretamente proporcionais.
Isocórica
→ volume constante
→ pressão e temperatura diretamente proporcionais.
A equação geral:
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
permite resolver situações em que várias grandezas mudam.
Já a equação:
PV = nRT
relaciona pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria em um gás ideal.
No Enem, é muito importante saber interpretar fenômenos cotidianos e gráficos.
Lembre-se também:
temperatura nas leis dos gases → Kelvin
E, antes de fazer qualquer cálculo, pergunte:
Qual grandeza permanece constante?
Essa pergunta muitas vezes revela imediatamente qual relação utilizar.
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- transformações isotérmica, isobárica e isocórica;
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