Misturas Gasosas: questão FUVEST 2025

4.   No mergulho autônomo, usa-se cilindro contendo uma mistura de gases comprimidos que são inspirados pelo mergulhador e expirados para o ambiente, na forma de bolhas. Um risco associado a essa prática é a embolia causada pelo acúmulo de N₂ nos tecidos do corpo quando esse gás é respirado em pressões parciais elevadas por longos períodos. A embolia pode ser evitada planejando-se a profundidade e o tempo do mergulho. Respirar N₂ a uma pressão parcial de 1,58 atm por até 10 minutos não é prejudicial à saúde. O tempo de mergulho pode ser aumentado empobrecendo a mistura gasosa do cilindro em N₂ e enriquecendo em O₂ até pressão parcial de 1,4 atm, pois, acima desse valor, passa a apresentar caráter tóxico.

Considerando que a pressão atmosférica ao nível do mar é 1 atm e que, a cada 10 m de coluna de água, a pressão aumenta em 1 atm, responda:

Note e adote:

Constante dos gases ideais: R = 0,082 atm L/ K mol

T(K) = T(°C) + 273

Massa molar (g/mol): O₂ = 32

a) Um cilindro de mergulho de 12,3 litros de capacidade foi preenchido apenas com O₂ a 140 atm a 27 °C. Qual a massa de O₂ contida no cilindro?

b) Considere um mergulho de 10 minutos a uma profundidade constante utilizando um cilindro contendo apenas N₂ e O₂. Sabendo que o mergulho foi realizado no limite imposto pela toxicidade do O₂ (PO₂ = 1,4 atm) e pelo risco de embolia por N₂ (PN₂ = 1,58 atm), qual a profundidade do mergulho? Qual a composição porcentual, em mol, da mistura gasosa no cilindro do mergulhador? Desconsidere o tempo de descida e subida do mergulho.

c) Considere o mergulho descrito na figura a seguir, no qual a pressão nos pulmões do mergulhador é de 2,8 atm e a temperatura é de 7 °C. Sabendo que o cilindro está preenchido com uma pressão de 140 atm e que o volume inspirado pelo mergulhador é de 0,5 L e é igual ao volume expirado, qual será o volume de ar consumido do cilindro a cada inspiração? Assuma que, nesse processo, a temperatura do gás se mantém constante a 7°C. Qual o volume da bolha de ar expirado quando ela atinge a superfície, onde a pressão é de 1 atm e a temperatura de 27°C?