Termodinâmica

Professora: Melissa Soares Caetano

Disciplina QUI 217

Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências Exatas e Biológicas

Departamento de Química

Segundo Princípio da Termodinâmica

Direção natural ou no

sentido oposto, não natural

Espontâneo Não

Espontâneo

Vácuo

Esp Não

Esp

Segundo Princípio da Termodinâmica

Primeiro princípio: exige apenas que energia do universo

permaneça a mesma antes e depois da transformação

Seria útil se o sistema possuísse uma propriedade que

variasse numa direção para transformação natural e na

direção oposta se transformação não natural

A máquina térmica é um dispositivo

que recebe calor de um reservatório

à temperatura elevada;

Realiza trabalho sobre a vizinhança

Deposita o calor restante em um

reservatório a temperatura mais

baixa.

Ciclo de Carnot

1q

w

absorvidoCalor

efetuadoTrabalho

21 qqw

Eficiência definida em termos das trocas térmicas

1

21

q

qq

Kelvin: Não é possível um processo que tenha como

único resultado a absorção de calor de um reservatório

térmico e a sua completa conversão em trabalho

Eficiência da máquina térmica

21,TTf

T

qdS rev

f

i

rev

T

qSPara transformação

finita

Definição de entropia

Integral no ciclo é nula

0 T

qrev

Parte energia cinética

movimento térmico dos átomos

Dispersão de energia

O que determina o sentido da transformação

natural?

movimento térmico dos átomos

Vibrações caóticas

movimento organizado

Pouco

provável

Leva a uma dispersão caótica maior da energia

total do sistema isolado

Mudança espontânea

Quente

Moléculas muito desorganizadas

Transferência adicional de calor

Desordem adicional pequena

Frio

Estados de energia menos numerosos

Transferência adicional de calor

Efeito marcante sobre a desordem

Interpretação molecular

Medida da desordem

molecular

A entropia de um sistema isolado

aumenta numa mudança espontânea

Entropia

Stot > 0 vizsistot SSS

Transformação espontânea 0totdS

0 vizdSdS vizdSdS

Entropia total aumenta quando processo ocorrer no

sistema

qqviz

T

qdS

Todo calor que sistema recebe

provém das vizinhanças

qqviz

Desigualdade de Clausius

Sistema isolado das vizinhanças

0q 0dS

Entropia não pode diminuir em transformação espontânea

Entropia de transição de fase

Transição de fase

Modificação do grau de ordem molecular

Variação da entropia

Pressão constante

Hq trs

trs

trstrs

T

HS

Exotérmica

0 Strs0 Htrs

Endotérmica

0 Strs0 Htrs

trs

trstrs

T

HS

Congelamento

Fusão

Entropia de transição de fase

O calor de vaporização da água a 100oC é

40,66KJ/mol. Determine ΔS quando 5,0g de

vapor de água condensam em líquido a

100oC e 1 atm.

Entropia na expansão isotérmica reversível de

um gás perfeito

i

f

V

VlnnRS

dTCdVdU VT

wqdU

T

qdS

pdVw if VV

0S

0 0

Pressão constante

qrev = Cp dT

i

fpi

f

i

pifT

TlnC)T(S

T

dTC)T(S)T(S

Variação da entropia com a temperatura

f

i

rev

T

qS

Volume constante

qrev = Cv dT

i

f

VT

TCS ln if TT

0S

Calcule a variação de entropia do argônio que

está inicialmente a 25oC e 1atm, num recipiente

de 500cm3 de volume e se expande até o volume

de 1000cm3 e sequencialmente é aquecido até

100oC. A capacidade calorífica do argônio é

12,48J/mol.k. Admita o gás com comportamento

ideal

agentes

m

odutos

mr SSSRe

0

Pr

00

Positiva formação de gás na reação

Negativa consumo de gás na reação

Entropia padrão de reação

T=0 não há energia do movimento térmico

Cristal perfeito átomos ou íons

uniformemente organizados

Entropia de todos os cristais perfeitos é zero em T=0

Cristais perfeitos têm a mesma entropia em T=0

zero escolhido por conveniência

Terceiro Princípio da Termodinâmica

Exemplos:

1) A capacidade calorífica específica da água é igual a 1,0cal/(goC) na faixa de

temperatura de 25oC a 75oC, a 1 atm. (a) Determine ΔS quando 100g de água são

aquecidos reversivelmente de 25oC para 50oC a 1atm (b) Sem fazer cálculo,

indique se ΔS para aquecimento de 100g de água a 50oC para 75oC, a 1atm, será

maior que, igual a, menor que ΔS para aquecimento de 25oC para 50oC.

ΔS=33,7J/K

2) A capacidade calorífica do gás cloro é dada por: Cpm= (31,0+0,008T) J/K.mol

Calcule a variação de entropia quando 2 mols desse gás são aquecidos de 300K a

400K a pressão constante.

3) Calcule a variação da entropia para seguinte reação química 2H2(g)+O2(g)→ H2O(l)

Dados So(H2O) = 69,91J/K.mol; So(H2)=130,7J/K.mol; So(O2)=205,1J/K.mol.

4) O valor de Cp para uma amostra de gás perfeito varia com a temperatura de

acordo com Cp= 20,17+0,3665T. Calcule ΔS quando a temperatura é elevada de

25oC a 200oC a pressão constante.