Questão de Física — Física Térmica - Termologia — INSTITUTO AOCP 2025

Gás ideal, gás perfeito e vapor

Gabarito: letra C. A alternativa correta distingue vapor de gás pela temperatura crítica: vapor é o estado gasoso de uma substância a temperatura inferior à sua temperatura crítica ($T_c$), podendo ser liquefeito por compressão isotérmica; acima de $T_c$, a substância é um gás e não se liquefaz por aumento de pressão. Essa distinção é clássica na termodinâmica e aparece em livros como o de Paulo César Pereira (figura 4.29).

O estudo dos gases começa com um modelo teórico: o gás ideal (ou gás perfeito, termos frequentemente usados como sinônimos). Esse modelo faz duas simplificações fundamentais: as moléculas têm volume desprezível (pontuais) e não há forças de interação entre elas, exceto durante colisões perfeitamente elásticas. Com essas hipóteses, o gás obedece exatamente à equação de Clapeyron, $PV = nRT$, em qualquer condição de temperatura e pressão. Na prática, nenhum gás real segue esse comportamento de forma exata — gases reais se aproximam do modelo ideal em condições de baixas pressões e altas temperaturas, quando o volume das moléculas é desprezível frente ao volume total e as forças intermoleculares são mínimas.

A distinção entre gás e vapor não é sobre o modelo teórico, mas sobre a temperatura crítica ($T_c$) da substância. A temperatura crítica é uma propriedade característica de cada substância, acima da qual é impossível liquefazê-la por aumento de pressão, por maior que seja a pressão aplicada. Abaixo de $T_c$, a substância no estado gasoso é chamada de vapor e pode ser condensada por compressão isotérmica (desde que a temperatura seja mantida abaixo de $T_c$). Acima de $T_c$, a substância é chamada de gás e não há pressão capaz de liquefazê-la.

Um exemplo clássico: a temperatura crítica do oxigênio ($O_2$) é $T_c = -118\,°C$. Em um dia a 20 °C, o oxigênio está muito acima de sua temperatura crítica, então é um gás e não pode ser liquefeito por compressão. Já o gás carbônico ($CO_2$) tem $T_c = 31\,°C$; a 20 °C, ele está abaixo da temperatura crítica, então é um vapor e pode ser liquefeito por compressão isotérmica. O vapor de água na atmosfera é outro exemplo: a água tem $T_c \approx 374\,°C$, então em condições ambientes ela se comporta como vapor, podendo condensar.

A pegadinha da banca está em confundir o modelo teórico (gás ideal/perfeito) com a classificação prática (gás vs. vapor). As alternativas A, B, D e E misturam esses conceitos, atribuindo ao gás ideal/perfeito propriedades que não lhe cabem ou negando a possibilidade de liquefação de gases reais. A alternativa C é a única que define corretamente vapor e gás pela temperatura crítica, que é o critério físico que decide a questão.

Alternativa A — ❌ Incorreta

Afirma que gás ideal e gás perfeito são sinônimos e descrevem substâncias que obedecem à equação dos gases ideais em qualquer condição. O erro está em "substâncias": o gás ideal é um modelo teórico, não uma substância real. Nenhum gás real obedece exatamente à equação $PV = nRT$ em todas as condições; gases reais se aproximam do modelo apenas em baixas pressões e altas temperaturas. A primeira parte (sinônimos) é aceitável, mas a segunda torna a alternativa incorreta.

Alternativa B — ❌ Incorreta

Diz que gás perfeito é uma aproximação teórica com interações desprezíveis e colisões elásticas, mas que "pode se comportar como um vapor em determinadas condições". O erro está na confusão entre o modelo e a substância real. O gás perfeito é um modelo matemático; vapor é um estado físico de uma substância real abaixo da temperatura crítica. Um gás perfeito não "se comporta como vapor" — o modelo não tem temperatura crítica, pois não considera forças intermoleculares que permitiriam a liquefação. A definição de vapor depende da substância real e de sua $T_c$, não do modelo teórico.

Alternativa C — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Define corretamente vapor como o estado gasoso de uma substância que pode ser liquefeita por compressão isotérmica, e gás ideal como um modelo que nunca pode ser liquefeito. A primeira parte está correta: vapor é a substância no estado gasoso a temperatura inferior à sua temperatura crítica, podendo ser condensada por compressão isotérmica. A segunda parte também está correta: o gás ideal é um modelo teórico que não considera forças intermoleculares, portanto não pode ser liquefeito — a liquefação exige interações entre moléculas, que o modelo ignora. A alternativa amarra os dois conceitos corretamente.

Alternativa D — ❌ Incorreta

Afirma que gás ideal é um modelo com volume molecular nulo e ausência de forças intermoleculares, mas que "na prática todos os gases reais seguem exatamente esse comportamento". O erro está na palavra "exatamente": gases reais não seguem exatamente o modelo do gás ideal. Eles se aproximam em condições de baixa pressão e alta temperatura, mas desviam significativamente em altas pressões e baixas temperaturas, onde as forças intermoleculares e o volume molecular se tornam relevantes. A primeira parte está correta, mas a segunda é falsa.

Alternativa E — ❌ Incorreta

Diz que gás perfeito é aquele que obedece exatamente à equação dos gases ideais, mesmo em altas pressões e baixas temperaturas, sem desvios. O erro está em "mesmo em altas pressões e baixas temperaturas": é justamente nessas condições que os gases reais mais desviam do comportamento ideal. O gás perfeito é um modelo teórico que obedece à equação em qualquer condição, mas nenhum gás real o faz. A alternativa inverte a condição de validade do modelo, que é válido para gases reais apenas em baixas pressões e altas temperaturas.

Gabarito: letra C