Efusão e difusão dos gases: o que são, características e diferenças

Primeiramente, vamos entender os conceitos de difusão e efusão gasosa. Vamos lá?

O que é difusão gasosa

Os gases possuem a capacidade de se misturar com outros gases, formando uma mistura homogênea. Essa característica dos gases é resultado da movimentação rápida de suas moléculas.

Podemos citar como exemplo a seguinte situação: imagine que você está em um ambiente qualquer e de repente entra uma pessoa com um perfume muito forte. Rapidamente o aroma do perfume se espalha pelo ambiente, misturando-se ao ar da sala e preenchendo todo o espaço.

Esse fenômeno descrito acima representa a difusão gasosa, ou seja, a capacidade dos gases de se misturarem a outro gás espontaneamente, ocupando todo o recipiente ou o ambiente em que se encontra. Dessa maneira, temos a formação de uma mistura homogênea.

Difusão no dia a dia

A difusão está presente em vários processos do nosso dia a dia, como quando estamos em um local fechado, e uma pessoa acende um cigarro. Imediatamente sentimos o odor característico do fumo.

Ou quando trocamos o botijão de gás e ocorre escape do gás. Logo seu odor invade o ambiente. Ou ainda quando usamos velas aromáticas ou incensos. O aroma desses materiais se espalha rapidamente pelo ambiente.

Efusão gasosa

Nas festas infantis é comum o uso de balões de gás para enfeitar o ambiente. Normalmente, a partir do dia seguinte, as bolas de gás já estão murchando, devido ao escape do gás presente dentro do balão de gás.

Esse fenômeno descrito acima representa a efusão gasosa, ou seja, a passagem de um gás através de um pequeno orifício. No caso dos balões de festa, o escape dos gases ocorre no nó que fazemos para evitar que o ar saia de dentro da bexiga.

Em 1828, o químico inglês Thomas Graham estabeleceu uma relação matemática para compreender o processo de difusão dos gases, e enunciou a seguinte lei:

“A velocidade de difusão e de efusão de dois gases, à mesma pressão e temperatura, é inversamente proporcional à raiz quadrada de suas densidades absolutas ou massas molares.”

Portanto, temos a seguinte fórmula:

Onde V representa velocidade e d a densidade. Graham também estabeleceu que:

A densidade de um gás em relação a outro gás é a massa molar do gás dividido pelo outro gás.

Explicando as Leis de Graham

De acordo com Graham, os gases apresentam algumas características com relação a sua densidade e a temperatura. De antemão, sabe-se que os gases se encontram sempre em movimento.

Além disso, quanto menor for a densidade de um gás, maior será a velocidade de movimentação de suas moléculas.

E quanto maior for a temperatura a que um gás é submetido, maior será a velocidade com que ele irá se espalhar no ambiente.

Assim, tem-se que a densidade dos gases, quando submetidos às mesmas condições de temperatura e de pressão é proporcional à massa molar.

Dessa maneira, quanto maior a massa molar de um gás, maior será sua densidade.

Densidade

É comum comparar a densidade de um gás com a densidade do ar atmosférico. O ar atmosférico é uma mistura formada por nitrogênio, oxigênio e argônio, e sua densidade é igual a 1,18 g/L.

Devemos saber que um objeto que tem densidade maior que a água, se desloca para o fundo. E um objeto que tem densidade menor que a água, se desloca para cima.

Podemos citar como exemplo um copo de água contendo um cubo de gelo dentro. O gelo flutua no copo, pois o gelo é menos denso do que a água líquida. A densidade da água é igual a 1 g/cm³, enquanto a densidade do gelo é igual a 0,92 g/cm³.

Exercício de difusão e efusão

Comparando agora 4 balões contendo os seguintes gases H₂, H, CO₂ e Cl₂ nas mesmas condições de temperatura e pressão.

As massas molares desses gases são respectivamente: 2 g/mol; 4 g/mol; 44 g/mol e 71 g/mol, e a massa molar do ar atmosférico é igual a 28,96 g/mol. Podemos perguntar: quais balões irão flutuar?

Irão flutuar os balões com massas molares menores, pois são menos densos, mais leves e, portanto, tendem a subir. Os outros não flutuam, ou seja, caem no chão, pois são gases pesados.

Podemos observar que o gás hélio tem massa molar menor que o ar, assim, a velocidade de difusão e efusão será mais rápida. Sendo assim, podemos concluir que quanto menor a massa molar do gás, mais rápido será sua velocidade de difusão e de efusão pelo ambiente.

Velocidades diferentes de difusão e efusão

Sob condições diferentes de temperatura em momentos diferentes, um mesmo gás apresentará velocidades diferentes de difusão e de efusão. Essas velocidades serão proporcionais à raiz quadrada de suas temperaturas iniciais e finais.

Teremos então a seguinte fórmula:

Nessa fórmula temos que:

V1 = velocidade do gás inicial

V2= velocidade do gás final

T1 = temperatura do gás inicial

T2 = temperatura do gás final

Exemplos de exercícios sobre difusão e efusão gasosa

Agora que você já aprendeu os principais conceitos teóricos sobre efusão e difusão gasosa, vamos testar nossos conhecimentos? Para isso, acompanhe a resolução do exercício a seguir:

1( (UEM-2010)

Balões vendidos em parques e festas sobem porque são preenchidos com gás hélio ou hidrogênio. Após algumas horas, esses balões tendem a murchar, pois o gás escapa pela borracha do balão. A esse respeito assinale as alternativas corretas:

a) Hidrogênio e hélio escapando do balão através de um processo chamado de difusão

b ) Se esse balão fosse preenchido de hélio e hidrogênio, essa mistura de gases seria homogênea

c ) A velocidade de efusão dos gases depende somente do meio pelo qual esses gases saem

d) O gás sulfídrico (H₂S) é um gás tóxico, por ser mais denso que o ar, acumula-se junto ao solo quando escapa de seu recipiente. (massa molar = 34 g/mol).

Resolução: as alternativas b e d estão corretas.

Na alternativa a, o correto é dizer que esse processo é a efusão. Já na alternativa c, o correto é dizer que a velocidade de efusão dos gases depende também da densidade e da massa molar.

2) (PUC-SP-2015)

Nas mesmas condições de pressão e temperatura, a velocidade média de uma molécula de H₂ quando comparada com a velocidade média do O₂ é: Dado: H=1; O=16

a) igual.

b) duas vezes superior.

c) quatro vezes superior.

d) oito vezes superior.

e) dezesseis vezes superior.

Resolução: devemos calcular primeiro as massas molares do hidrogênio e do oxigênio.

MH₂ = 2 g/mol

MO₂ = 32 g/mol

Lembrando que estamos trabalhando com gases, então:

MH₂ = 1 x 2 = 2 g/mol

MO₂ = 16 x 2 = 32 g/mol

Agora iremos aplicar esses valores na fórmula da velocidade de difusão e de efusão:

Portanto, temos como resposta correta a letra c.

3) (Ufal-AL-2016)

Dentre os gases abaixo, nas mesmas condições, o que se difunde mais rapidamente é:

Dados: C = 12; O = 16; N =14; H =1

a) o monóxido de carbono

b) a amônia

c) o ozônio

d) o nitrogênio

e) o hidrogênio

Gabarito: E

Resolução: o gás mais leve se difunde mais rápido. Para isso, devemos calcular as massas molares dos elementos citados:

CO:

(C) 12 x 1 = 12

(O) 16 x 1 = 16

Total = 28 g/mol

NH₃:

(N) 14 x 1 = 14

(H) 1 x 3 =     3

Total = 17 g/mol

O₃:

16 x 3 = 48 g/mol

N₂:

14 x 2 = 28 g/mol

H₂:

1 x 2 = 2 g/mol

Portanto, a resposta correta é o Hidrogênio.

Videoaula

Agora, para finalizar sua revisão sobre a efusão e a difusão dos gases, que tal assistir uma videoaula?

Exercícios

Por fim, resolva os exercícios abaixo:

1) (MACKY-SP-2016)

Difusão é a propriedade de duas ou mais substâncias formarem, espontaneamente, entre si, uma mistura homogênea. Essa propriedade ocorre, quando:

a) o odor de um perfume contido em um frasco aberto se espalha num ambiente

b) o óleo diesel é derramado acidentalmente em uma lagoa.

c) um prego exposto ao ar enferruja.

d) a areia carregada pelo vento forma uma duna.

e) gases hidrogênio e oxigênio reagem, formando água.

2) (UEL-PR-2014)

De acordo com a lei da efusão dos gases de Graham, considere um recipiente contendo igual quantidade, em mols, das seguintes  substâncias no estado gasoso e nas mesmas condições de pressão e temperatura:

H₂S (cheiro de ovo podre)

(CH₃)₂O (cheiro de éter)

SO₂ (cheiro do gás produzido ao riscar um palito de fósforo)

Ao abrir pequeno orifício no recipiente, os gases devem ser sentidos na seguinte sequência:

a) H₂S, SO₂ e (CH₃)₂O

b) H₂S, (CH₃)₂O e SO₂

c) SO₂, H₂S e (CH₃)₂O

d) SO₂, (CH₃)₂O e H₂S

e) (CH₃)₂O, SO₂ e H₂S

3) (UFRGS-2018)

Um balão de borracha, desses usados em aniversários, cheio de ar, murcha após algum tempo. O fenômeno pode-se explicar pela:

a) Lei de Avogadro, que se refere à reatividade interna dos componentes.

b) Efusão do gás contido no balão para o meio externo.

c) Lei de Graham, que diz ser a velocidade de difusão diretamente proporcional à massa molar do gás.

d) Alta densidade do gás usado para encher o balão.

e) Pressão interna do gás que enruga o balão.

4) (UFBA-2016)

Numa sala fechada, foram abertos ao mesmo tempo três frascos com, respectivamente, gás amônia (17 g/mol), de odor característico forte e irritante, dióxido de enxofre (64 g/mol), de odor sufocante, e sulfeto de hidrogênio (34 g/mol), com cheiro de ovo podre. Uma pessoa na sala, a igual distância dos três frascos, sente os cheiros na seguinte ordem:

a) sulfeto de hidrogênio, amônia e dióxido de enxofre.

b) amônia, sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre.

c) sulfeto de hidrogênio, dióxido de enxofre e amônia.

d) dióxido de enxofre, amônia e sulfeto de hidrogênio.

e) amônia, dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio.

5) (PUC-SP-2017)

Um balão de borracha contendo uma mistura de gás nitrogênio e um gás desconhecido sofre um esvaziamento após determinado tempo. Ao verificar experimentalmente a concentração de gases no balão após o esvaziamento, nota-se que a concentração do gás desconhecido diminui mais que a do gás nitrogênio. De acordo com a lei de Graham, o gás desconhecido e o processo de saída desse gás do balão são, respectivamente,

a) Gás hidrogênio e efusão.

b) Gás carbônico e difusão.

c) Gás argônio e efusão

d) Gás hélio e efusão

Gabarito:

1. A
2. B
3. B
4. B
5. A

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