Química · 8.ª–12.ª classe

O que é a composição do ar?

  • 8 min de leitura
  • 3 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

O ar é uma mistura de gases. O ar seco contém cerca de 78 % de azoto (N2), 21 % de oxigénio (O2), 0,9 % de árgon e 0,04 % de dióxido de carbono (CO2), mais vestígios de outros gases. Contém ainda vapor de água em quantidade variável. As percentagens são em volume.

O que é o ar e como se descreve a sua composição

O ar não é uma substância pura nem um composto: é uma mistura homogénea de gases, cujos componentes mantêm as suas propriedades e podem ser separados por processos físicos (por exemplo, a liquefação seguida de destilação fracionada). As quantidades indicam-se normalmente em percentagem em volume, referida ao ar seco (sem vapor de água).

Composição do ar seco

ComponenteFórmulaPercentagem em volume (aprox.)
AzotoN278 % (78,08 %)
OxigénioO221 % (20,95 %)
ÁrgonAr0,9 % (0,93 %)
Dióxido de carbonoCO20,04 % (cerca de 400 ppm; valor ligeiramente crescente)
Outros (néon, hélio, metano, crípton, hidrogénio, ozono...)vestígios (menos de 0,01 % no total)

Se somar as quatro primeiras linhas obtém cerca de 100 %. O valor do CO2 tem aumentado ao longo das últimas décadas; confirme o dado mais recente no manual ou numa fonte oficial.

O vapor de água

A quantidade de vapor de água varia muito com o local e o momento: pode ser perto de zero num deserto seco e chegar a alguns por cento (até cerca de 4 %) no ar quente e húmido. É por isso que a composição se indica para o ar seco: assim os valores são comparáveis.

Papel de cada gás

  • Azoto: pouco reativo; dilui o oxigénio e é matéria-prima para fabricar fertilizantes. As plantas só o aproveitam depois de ele ser fixado no solo por certas bactérias.
  • Oxigénio: necessário para a respiração e para a combustão.
  • Árgon: gás nobre, inerte; usado em lâmpadas e na soldadura.
  • Dióxido de carbono: usado pelas plantas na fotossíntese; é também um gás com efeito de estufa.

Percentagem em volume e em quantidade de matéria

Nos gases, volumes iguais (à mesma temperatura e pressão) têm o mesmo número de moléculas (lei de Avogadro). Por isso, a percentagem em volume de um gás na mistura é igual à sua percentagem em quantidade de matéria (em mol).

Método para resolver problemas

  1. Identifique o que o problema pede: volume, massa, número de moles ou massa molar média.
  2. Escreva a percentagem do gás em fração decimal (21 % = 0,21).
  3. Multiplique pelo volume total da mistura.
  4. Verifique que a soma das partes dá o total.
  5. Se houver conversões, use 1 m3 = 1 000 L.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Volume de oxigénio numa sala

Enunciado: Uma sala tem 4 m de comprimento, 5 m de largura e 3 m de altura. Calcule o volume aproximado de oxigénio presente, admitindo 21 % de O2 no ar.

Resolução:

  1. Volume da sala: 4 × 5 × 3 = 60 m3.
  2. Volume de O2: 0,21 × 60 = 12,6 m3.
  3. Em litros: 12,6 × 1 000 = 12 600 L.

Resposta: cerca de 12,6 m3 (12 600 L) de oxigénio. Verificação: 21 % é um pouco mais de um quinto; um quinto de 60 é 12, e 12,6 é compatível.

Exemplo 2 — Massa molar média do ar

Enunciado: Calcule a massa molar média do ar, considerando 78 % de N2 (28 g/mol), 21 % de O2 (32 g/mol) e 1 % de Ar (40 g/mol).

Resolução:

  1. Contribuição do N2: 0,78 × 28 = 21,84.
  2. Contribuição do O2: 0,21 × 32 = 6,72.
  3. Contribuição do Ar: 0,01 × 40 = 0,40.
  4. Soma: 21,84 + 6,72 + 0,40 = 28,96.

Resposta: cerca de 29 g/mol. Verificação: o valor fica entre 28 e 32, perto do 28 do azoto, que domina a mistura.

Exemplo 3 — Nível de exame: experiência da vela

Enunciado: Uma vela acesa é colocada dentro de um frasco invertido, com a boca mergulhada em água. Ao fim de algum tempo, a vela apaga-se e a água sobe no frasco. Explique e diga que fração do volume deveria subir, no máximo.

Resolução:

  1. A chama consome o oxigénio do ar do frasco.
  2. A pressão no interior diminui e a pressão exterior empurra a água para dentro do frasco.
  3. O oxigénio é cerca de 21 %, ou seja, um pouco mais de um quinto do volume do ar.
  4. Na prática, a água sobe menos do que isso: a vela apaga-se antes de consumir todo o oxigénio, e a combustão liberta CO2 e vapor de água.

Resposta: a água sobe devido ao consumo de O2, e a subida máxima ronda um quinto do volume do frasco. Verificação: o gás que fica no frasco é sobretudo azoto, que não se consome.

Erros frequentes

  • Dizer que o ar é só oxigénio. O oxigénio é 21 %; o gás mais abundante é o azoto, com 78 %.
  • Estranhar o nome «azoto». É o mesmo elemento que no Brasil se chama «nitrogênio»; em Portugal e em Angola usa-se, em regra, «azoto». Não são gases diferentes.
  • Somar percentagens que não dão 100. Se arredondar, confira que a soma fica próxima de 100.
  • Esquecer que o vapor de água varia. Por isso a composição indica-se para o ar seco.
  • Dizer que o ar é um composto. É uma mistura: os gases não estão ligados quimicamente entre si.
  • Pensar que o CO2 do ar é «poluição» e nada mais. É um componente natural do ar, necessário às plantas; o problema é o aumento da sua concentração.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Indique os quatro componentes principais do ar seco e as suas percentagens aproximadas.

Ver solução

Azoto (78 %), oxigénio (21 %), árgon (0,9 %) e dióxido de carbono (0,04 %).

2Exercício 2

Calcule o volume de azoto em 50 L de ar seco, admitindo 78 % de N2.

Ver solução

0,78 × 50 = 39 L de azoto.

3Exercício 3

Exprima 0,04 % em ppm (partes por milhão).

Ver dica

1 % corresponde a 10 000 ppm.

Ver solução

0,04 × 10 000 = 400 ppm.

4Exercício 4

Uma sala de aula mede 8 m × 6 m × 3 m. Calcule o volume de oxigénio (21 %) e de azoto (78 %) nela contidos.

Ver solução

Volume = 8 × 6 × 3 = 144 m3. O2: 0,21 × 144 = 30,24 m3. N2: 0,78 × 144 = 112,32 m3.

5Exercício 5

Explique por que é que a composição do ar «seco» é a que aparece nas tabelas, e não a do ar real de Luanda ou de Huambo.

Ver solução

O ar real contém uma quantidade variável de vapor de água, que muda de dia para dia e de local para local. Indicar a composição do ar seco permite comparar valores fixos, independentes da humidade. Na prática, o vapor de água reduz ligeiramente as percentagens dos outros gases.

Perguntas frequentes

Qual é o gás mais abundante no ar?

O azoto (N2), com cerca de 78 % em volume. O oxigénio vem em segundo lugar, com cerca de 21 %.

O ar é uma substância pura?

Não. É uma mistura homogénea de vários gases e vapor de água. Pode ser separado por processos físicos, como a destilação fracionada do ar liquefeito.

A composição do ar muda com a altitude?

A proporção dos gases principais mantém-se praticamente igual nas camadas mais baixas, mas a pressão e a densidade diminuem com a altitude; por isso há menos oxigénio por litro de ar nas montanhas. Confirme no manual como o seu programa trata as camadas da atmosfera.

Por que razão o dióxido de carbono é tão pouco, mas tão discutido?

Porque, mesmo em pequena quantidade, é um gás com efeito de estufa e o seu aumento está associado à queima de combustíveis fósseis e ao aquecimento global.

Resumo

  • O ar é uma mistura homogénea de gases.
  • Ar seco: 78 % N2, 21 % O2, 0,9 % Ar, 0,04 % CO2 (em volume).
  • O vapor de água é variável; por isso a composição se dá para o ar seco.
  • Percentagem em volume = percentagem em mol, para gases ideais.
  • A massa molar média do ar é cerca de 29 g/mol.

Onde aprofundar

  • O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • OpenStax, Chemistry (manual aberto, em inglês), capítulos sobre gases e sobre a atmosfera.
  • Documentos da Organização Meteorológica Mundial (OMM) sobre gases na atmosfera, para os valores mais recentes.

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