termodinÂmica estuda as propriedades macroscópicas dos sistemas materiais e suas relações,...
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TERMODINÂMICAEstuda as propriedades macroscópicas dos sistemas materiais e suas relações, mediantes uma descrição que considera as diferentes formas de manifestação e interconversão de energia.
Estuda as propriedades macroscópicas dos sistemas materiais e suas relações, mediantes uma descrição que considera as diferentes formas de manifestação e interconversão de energia.
Conceitos fundamentais:
•Sistema - aberto, fechado e isolado.
•Fronteira - diatérmica e adiatérmica (adiabática).
•Propriedades - intensivas e extensivas
Conceitos fundamentais:
•Sistema - aberto, fechado e isolado.
•Fronteira - diatérmica e adiatérmica (adiabática).
•Propriedades - intensivas e extensivas
PRINCÍPIO ZERO DA TERMODINÂMICA
•Equilíbrio termico
Dois corpos que estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo estão em equilíbrio térmico entre si.
a
bc
a
bc
Enquanto houver transferência de calor as propriedades de b e de c modificam-se
Outros equilíbrios
Equilíbrio mecânico: quando a pressão é a mesma em todos os pontos do sistema e também igual à pressão externa, no caso de fronteiras móveis temos o equilíbrio mecânico.
•Equilíbrio químico: quando o potencial químico é igual em todas as parte do sistema.
O estado de um sistema é definido pela sua descrição completa e inequívoca baseada na enumeração de suas
propriedades macroscópicas.
ESTADO TERMODINÂMICO
Quando um sistema está em equilíbrio - isto é, suas propriedades termodinânicas não variam com o tempo, diz-se que ele está em um detreminado estado. O estado de qualquer sistema pode ser descrito por algumas variáveis termodinâmicas. Quanto mais complexo o sistema, maior o número de variáveis.
Processos (Caminho) : Cíclico
Reversível: H2O(s) H2O(l)
Irreversível: mesmo que o istema retorne ao estado inicial é impossível fazer com que o meio ambiente retorne às condições de partida.
1 21
2
TRABALHO E CALOR
•TRABALHO: É uma trasnsferência de energia que pode causar um movimento contra uma força que se opõe a esse movimento (W).
•CALOR: Transferência de energia devida a uma diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças (q).
UNIDADE: [J] = kg.m2s-2
sistema WFornece energia
W < 0
sistema WRetira energia
W > 0
sistema qRetira calor
q > 0
sistema qFornece calor
q < 0
Trabalho Calor
Conversão de energia em organismos vivos
Exemplos: tipos de trabalhotrabalho Força motriz
mecânico Força física (N)
Eixo deferencial Torque (N)
hidráulico Pressão (Pa)
elétrico Voltagem (V)
químico Concentração (molL-1)
Trabalho mecânico:
2
1
x
xFdxW
Unidade de calor:
1 caloria = 1cal = calor necessário para elevar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius (de 14,0ºC a 15,0ºC).
1cal = 4,18J
O PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA
Lei da conservação da energia: a energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho.
•A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto é, sistema mais meio externo, conserva-se.
A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE
WqU
Variação na energia interna
do sistema
Calor trocado
pelo sistema
Trabalho realizado
pelo sistema
1 2
I
II
III
•Função de estado: É aquela propriedade que em uma transformação que leva um sistema de (1) para (2) por vários caminhos depende apenas da condição final e inicial (U, P, V e T).
•O calor e o trabalho depende do caminho, mas a sua soma não depende.
qI qII qIII
WI WII WIII
qI + WI = qII + WII = qIII + WIIIAssim:
•Quando a transformação for cíclica
U =0 ou seja U1 = U2
q = -W
TRABALHO DE UM GAS
Wmáximo = Wreversível
1. O sistema realiza trabalho máximo quando a pressão for máxima;
2. A pressão externa nunca pode ser igual ou maior do que a interna, num trabalho de expansão;
3. O trabalho máximo é obtido quando a pressão externa é somente infinitesimalmente menor do que a pressão interna;
4. A pressão interna (do gás) num trabalho de expansão não é constante;
5. Um sistema que se mantém em equilíbrio mecânico com suas vizinhanças durante todo o estágio de expansão realiza o máximo valor de trabalho possível;
6. Em um estado de equilíbrio mecânico, mudanças infinitesimais na pressão resulta em mudanças na direção oposta (tambémn infinitesimal);
7. Uma mudança que pode ser revertida por uma mudança infinitesimal em uma variável é chamada reversível.
Calor:
-Calor fornecido ao sistema leva a um aumento da temperatura;
-O calor pode ser medido através de um calorímentro.
cp = capacidade calorífica a pressão constante
cv = capacidade calorífica a volume constante
JK-1mol-1 E JK-1g-1
calºC-1mol-1 E calºC-1g-1
atemperaturdeaumento
fornecidocalorcaloríficacapacidade
T
qc
•Calor sensível: o calor causa uma variação da temperatura do sistema - variação da energia cinética (Haq).
•Calor latente: o calor não causa variação da temperatura do sistema - variação da energia potencial (Htr).
tempo
Tem
pera
tura
Htr
Haq
Haq
ENTALPIA
constante pressão à absorvidocalor ao
igual é entalpia da variaçãoa Assim
e :que Sendo
qH
VPVPqH
doSubstituin
VPWWqU
PVUH
PVU
VARIAÇÃO DA ENTALPIA COM A TEMPERATURA
TcH P Rcc mvmp ,,
DIFERENÇAS ENTRE ENTALPIA E ENERGIA INTERNA:
•A diferença é apreciável quando ocorrer uma variação significatíva do volume do sistema.
•Em reações ou transições envolvendo fases condensadas (sólido, líquido ou soluções):
H U
•Em transições isotérmicas: H U + RT ng
•Em processos de expansão e compressão do gás ideal: H U + nR T
Processo adiabático
2211
1
1
2
2
1 VPVPV
V
T
T
c
c
v
p
APLICAÇÃO DA 1ª LEI
TERMOQUÍMICA
•A maioria dos processos é conduzida a PRESSÃO CONSTANTE.
•A termoquímica irá tratar da variação de entalpia numa transição de fase ou em uma reação química.
•Uma fase é mais específica do que um estado:
•Ex.: o elemento carbono no estado sólido pode estar nas fases grafite, diamante ou fulereno.
•O enxofre S8: rômbico e momoclínico.
•O carbonato de cálcio (CaCO3): calcita e aragonita
TRANSIÇÃO DE FASE: conversão entre duas fases
Estado padrão: a substância está pura a 1bar de pressão
VARIAÇÃO DA ENTALPIA COM A TEMPERATURA
Lei de Kirchhoff
reagentes)(produtos)(
'
ppp
prr
ccc
TcHH
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA•A entropia do universo tende a aumentar.
•Trabalho e calor não possuem a mesma natureza.
T
qS rev
•Para um gás ideal em um processo de expansão isotérmica temos:
i
f
i
f
i
frev
V
VnRS
Tx
V
VnRTS
V
VnRTq
ln
1ln
dosubstituín
ln
Sentido espontâneo sistema desordenado
1. A natureza tende a se tornar desordenada.
2. A energia tende a se tornar desordenada.
1. A entropia é uma propriedade extensiva , Smolar [JK-1mol-1].
2. A entropia é uma função de estado.
3. Ela é uma medida do estado atual do sitenma (como essa desordem foi causada não importa).
A variação da entropia com o volumei
f
V
VnRS ln
A variação da entropia com a temperatura
i
fv T
TcS ln
equilíbrio no0ΔG
espontâneo não0ΔG
espontâneo0ΔG
constante pressão a e uraA temperat estado) de função é também
G estado de funções são S e T H, como(
constante uraA temperat Gibbs de Energia
)()(
reação de Padrão Entropia
0
constante pressão a a vizinhançna Entropia
Svap S
ovaporizaçãEntropiade fusão de Entropia
fusão
total
mmr
sistemavizinhançavizinhançasistematotal
eb
vap
fusão
fusão
STG
STHGTSHG
reagentesSprodutosSS
T
HSSSS
T
H
T
H