Gás monoatômico

Um gás monoatômico é um gás cujos constituintes são átomos isolados.

Em um sentido mais restrito, a expressão gás monoatômico designa um corpo elementar simples no estado gasoso monoatômico, ou seja, um gás cujos átomos, isolados, são todos do mesmo elemento químico . Eles se enquadram em três tipos:

os gases nobres ( grupo 18 da tabela periódica ): He , Do , Ar , etc. Esses elementos são gasosos e monoatômicos em condições normais de temperatura e pressão (CNTP), e só se liquefazem em temperaturas muito baixas;
o não metálico ( H , C , N , P , O , S , As ) e os halogênios ( F , Cl , Br , I ) em pressão muito baixa e temperatura muito alta. Nos CNTPs esses elementos estão no estado sólido (C, P, S, Se, I), líquido (Br) ou gasoso, mas molecular ( H 2 , N 2 , O 2 , Cl 2 , etc. );
os metalóides ( B , If , Ge , As , Sb , Te , As ) e metais (todos os outros elementos). Nos CNTPs, esses elementos estão quase todos no estado sólido. Quando eles evaporam (frequentemente apenas em temperaturas muito altas), o gás formado é imediatamente monoatômico.

Propriedades termodinâmicas de um gás monoatômico ideal

A peculiaridade dos gases monoatômicos é que cada átomo tem apenas três graus de liberdade (em translação ), enquanto as moléculas (compreendendo mais de um átomo) também têm graus de liberdade de rotação e vibração . As consequências referem-se principalmente às capacidades térmicas , que podem ser calculadas teoricamente no caso de um gás ideal monoatômico (GPM).

Para um gás real, é necessário, além dos graus de liberdade de uma única partícula, levar em consideração as interações entre as partículas.

Capacidade de calor isocórico

É mostrado na termodinâmica estatística que a capacidade de calor isocórico molar de um gás ideal é , onde denota a constante dos gases ideais e o número de graus de liberdade acessíveis aos constituintes do gás. Então, para um gás ideal monoatômico ( ): ${\ displaystyle {\ bar {C}} _ {V} ^ {\ bullet} = {\ nu \ over 2} R}$ $R$ $\nu$ $\ nu = 3$

{\ displaystyle {\ bar {C}} _ ​​{V} ^ {\ bullet} \! \ left ({\ text {GPM}} \ right) = {3 \ over 2} R}

Capacidade de calor isobárico

Para um gás ideal, a relação de Mayer é escrita para gases ideais :, onde denota a capacidade de calor isobárico molar . Portanto, para um gás monoatômico ideal: ${\ displaystyle {\ bar {C}} _ {P} ^ {\ bullet} - {\ bar {C}} _ {V} ^ {\ bullet} = R}$ ${\ displaystyle {\ bar {C}} _ {P} ^ {\ bullet}}$

{\ displaystyle {\ bar {C}} _ ​​{P} ^ {\ bullet} \! \ left ({\ text {GPM}} \ right) = {5 \ over 2} R}

Índice adiabático

O índice adiabático sendo definido por , para um gás monoatômico ideal, temos: ${\ displaystyle \ gamma = {{\ bar {C}} _ {P} \ over {\ bar {C}} _ {V}}}$

{\ displaystyle \ gamma ^ {\ bullet} \! \ left ({\ text {GPM}} \ right) = {5 \ over 3}}

Notas e referências

Por átomos isolados, queremos dizer que eles não estão agrupados em moléculas .
Em outras palavras, um gás monoatômico geralmente é composto de átomos isolados do mesmo elemento químico , mas isso não é obrigatório: uma mistura de gases nobres também é um gás monoatômico.