Entender qual o efeito, no estado de um gás perfeito, da ocorrência de variação no valor de mais de uma das suas variáveis de estado.

Temperatura na escala Kelvin, pressão, volume, Lei de Boyle, Lei de Charles e Lei de Charles/Gay-Lussac.

Depois, pergunte aos alunos se o que foi estudado sobre as Leis de de Boyle, de Charles e de Charles/Gay-Lussac, em geral, é o que acontece na prática, ou seja, se nos sistemas físicos que envolvem gases apenas duas das variáveis sofrerão alteração enquanto uma outra (ou outras) permanecerão constantes. Após ouvir as respostas, cite como exemplo o pistão de um automóvel: quando a faísca da vela detona o combustível, ocorre um súbito aumento de temperatura. Esse aumento de temperatura provoca um aumento de pressão no interior do pistão, que, por sua vez, possui êmbolo móvel. Então o êmbolo se move provocando aumento do volume ocupado pelo gás. Exemplifique também com o funcionamento de uma usina nuclear: o calor esquenta a água (aumento de temperatura), que se transforma em vapor e muda de lugar, aumentando a pressão e volume do sistema, provocando a rotação de uma turbina que, por sua vez, produz energia elétrica.

Pergunte aos alunos agora se eles conseguem dar outros exemplos de sistemas em que as várias variáveis sofrem alteração para que se obtenha um efeito específico. Ouça as respostas e explique-as dizendo se estão corretas e fazendo a associação de cada uma com o estudo que faremos a seguir.

Neste momento, pergunte aos alunos se eles acham que é possível então criar uma equação que relacione essas três variáveis de modo que, caso mais de uma varie, possa se obter o valor da outra. De posse das respostas, escolha a melhor delas e desenvolva, usando as informações da resposta, as deduções adiante:

A Equação de Clapeyron relaciona as três variáveis de estado, pressão, volume e temperatura, para um determinado estado de um gás perfeito. Mas, sabemos que a pressão de um gás é função do choque de suas partículas com as paredes do recipiente que o contém, portanto, é função do número de partículas do gás considerado, ou seja, é função da massa (m) desse gás. Assim, pode-se escrever a Equação 1, sendo (K) uma constante.

(imagem de autoria pessoal)

É de observação experimental que, para gases diferentes, K é inversamente proporcional à massa molar (M) do gás, o que pode ser observado na Equação 2:
E o que é massa molar M? Um mol de um gás constitui-se do número de Avogadro de moléculas desse gás, ou seja 6,02x10²³ moléculas/mol. O número (n) de mols de um gás em um recipiente é obtido dividindo-se a massa m desse gás por sua massa molar M, ambos valores de mesma unidade (geralmente gramas). (ver Equação 3)
Portanto, o valor de M é obtido a partir da tabela periódica usada nas aulas de química.
Substituindo a Equação 2 na Equação 1 obtém-se a Equação 4.
Substituindo-se agora a Equação 3 na Equação 4 obtém-se a Equação de Clapeyron.
A constante (R) é chamada de Constante Universal dos Gases Perfeitos e possui os seguintes valores:  R = 0,082 atm.L/mol.K  ou  R = 8,314 joules/mol.K  ou  R = 1,980 cal/mol.K  ou ainda  R = 62,400 mmHg.L/mol.K.
Agora, a partir da Equação de Clapeyron pode-se deduzir a Lei Geral dos Gases e dizer que ela relaciona o estado final de um gás com seu estado inicial, em função da variação de mais de uma de suas variáveis de estado.
Seja uma massa m constant e de um de terminado gás perfeito, cujas variáveis de estado inicial são descritas pelos seguintes valores:  p_i, V_i e T_i.  Para esse gás pode-se escrever então como na Equação 5.

(imagem de autoria pessoal)

Se a massa é constante, o número n de mols desse gás, após a transformação, será o mesmo d e antes. Portanto n também é constante. Considera ndo que na situação

final as variáveis de estado passaram a ter os valores de p_f, V_f e T_f,  pode-se escrever então como na Equação 6:
Substituindo-se a Equação 5 na Equação 6 tem-se a equação seguinte, chamada de Lei Geral dos Gases, que relaciona estado o final com o estado inicial de um gás perfeito, quando mais de uma de suas variáveis de estado se alteram.

Transformações gasosas (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/11277/simulacao-transformacoes_gasosas.exe)

Aprenda mais sobre a Equação de Clapeyron e a Lei Geral dos Gases:

Setrem: http://www.setrem.com.br/ti/trabalhos/fisica/termologia/estudo_dos_gases_transformacoes_isocorica_isobarica_e_isotermica/estudo_dos_gases_transformacoes_isocorica_isobarica_e_isotermica.htm

Física.Net: http://www.fisica.net/quimica/resumo17.htm

Dario Leite Resende: http://dlresende.vilabol.uol.com.br/

NEWTON, V.B; HELOU, R.D.; GUALTER, J.B. Tópicos de Física 2 – Termologia, Ondulatória e Óptica. São Paulo: Editora Saraiva, Vol. 2, 448p., 18^a Ed., 2007.

Elabore questões teóricas e práticas sobre esse assunto. Nas questões teóricas explore a análise dos gráficos que relacionam o estado final de uma transformação com seu estado inicial. Nas questões práticas explore a equação de Clapeyron sendo usada para se obter as variáveis do estado inicial do gás para, a partir destes dados e da Lei Geral dos Gases, se obter os valores da variáveis do estado final.