Volume molar

O volume molar corresponde ao volume ocupado por 1 mol de qualquer gás perfeito nas mesmas condições de temperatura e pressão.

Geralmente, consideram-se as CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão), em que a pressão é igual a 1 atm e a temperatura é de 0º C (temperatura de fusão do gelo). Como se trata de gases, é necessário considerar a temperatura termodinâmica, ou seja, na escala kelvin, em que 0º C é igual a 273 K.

Nas CNTP, o volume ocupado por qualquer gás é de 22,4 L.

Mas como se chegou a esse valor?

Vamos usar a Equação de Estado dos Gases Perfeitos (Equação de Clapeyron) para calcular o volume ocupado por 1 mol:

P . V = n . R . T

V = n . R . T
       P

Lembre-se de que R é a constante universal dos gases, que, nas CNTP, é igual a 0,082 atm . L . mol^-1 . K^-1.

Substituindo os valores na equação acima, temos:

V = (1 mol) . (0,082 atm . L . mol^-1) . (273 K)
1 atm

V = 22,386 L

Esse valor pode ser arredondado para 22,4 L. Portanto, esse é o volume ocupado por um 1 mol de um gás nas CNTP. Esse volume corresponde ao volume de um cubo com aresta de aproximadamente 28,19 cm.

Sabemos que o volume que o gás ocupa independe da sua natureza, pois, conforme mostra a lei de Avogadro, volumes iguais, de quaisquer gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam a mesma quantidade de matéria em mol, ou seja, a mesma quantidade de moléculas ou átomos. Sabemos que 1 mol de qualquer substância sempre contém 6,02 . 10²³ átomos ou moléculas (constante de Avogadro).

Portanto, 1 mol de qualquer gás sempre apresenta o mesmo volume, porque sempre detém a mesma quantidade de moléculas ou átomos. Além disso, a distância entre eles é tão grande que o tamanho dos átomos não interfere no volume final do gás.

Agora, se as condições forem as CATP (Condições Ambientais de Temperatura e Pressão), o volume molar passará a ser 25 L.

É importante conhecer essas relações porque muitos cálculos estequiométricos e cálculos sobre o estudo dos gases envolvem essas informações. Veja dois exemplos:

* Exemplo de exercício de estudo dos gases:

“(FEI-SP) Nas condições normais de pressão e temperatura (CNTP), o volume ocupado por 10 g de monóxido de carbono (CO) é de: (Dados: C = 12 u, O = 16 u, volume molar = 22,4 L)

a) 6,0 L

b) 8,0 L

c) 9,0 L

d) 10 L

e) 12 L”

Resolução:

Massa molar ( CO) = 12 + 16 = 28 g/mol.

1 mol de CO ------ 28 g ----------- 22,4 L

28 g ------ 22,4 L
10 g ------ V
V = 10 . 22,4
          28

V = 8 L → Alternativa “b”

Outra forma de resolver essa questão seria através da equação de Clapeyron:

Dados nas CNTP:

P = 1 atm;
T = 273 K;
m = 10 g;
R = 0,082 atm . L . mol^-1
V = ?

Basta aplicar na equação de Clapeyron:

P . V = n . R . T
    (n = m/M)

P . V = m . R . T
           M

V = m . R . T
         M . P

V = (10 g) . (0,082 atm . L . mol^-1) . (273 K)
                 (28 g . mol^-1) . (1 atm)

V ~ 8,0 L

* Exemplo de exercício de estequiometria:

“Considerando a reação N_2(g) + 3 H_2(g) →2 NH_3(g), calcule quantos litros de NH_3(g) são obtidos a partir de três litros de N_2(g). Considere todos os gases nas CNTP.”

Resolução:

N_2(g) + 3 H_2(g) →2 NH_3(g)
  ↓                      ↓
1 mol    produz    2 mol

22,4 L --------- 22,4 L . 2
    3 L ------------- V

V = 3 . 44,8 L
​         22,4 L

V = 6 L.