Aula 2
-
Upload
nazareno-de-pina-braga -
Category
Documents
-
view
117 -
download
32
Transcript of Aula 2
Aula 2 – Termodinâmica (revisão)
- Estuda como a energia é transformada de uma forma em outra e transferida de um
lugar para o outro.
Em termodinâmica, o mundo está dividido em um sistema e suas vizinhanças.
Exemplo: produção de energia elétrica, digestão de alimentos.
Transformações da energia: calor e trabalho
Divide-se em duas partes:
1ª lei da termodinâmica: preocupa-se em observar as variações de energia e permite-
nos calcular, por exemplo, quanto calor uma reação produz.
2ª lei da termodinâmica: explica porque algumas reações ocorrem, mas outras não.
Sistema aberto: pode trocar massa e energia com as vizinhanças;
Exemplo: motores, corpo humano.
Sistema fechado: pode trocar somente energia;
Exemplo: bolsas de gelo
Sistema isolado: não troca nada.
Exemplo: café quente dentro de uma garrafa térmica.
Energia e trabalho
Principal conceito de termodinâmica é trabalho ou movimento contra uma força.
Trabalho = força x distância (J = 1 kg.m2.s
-2)
Exemplo: calcule o trabalho necessário para uma pessoa de massa 65 kg ir de um andar
a outro de uma casa, onde a diferença de altura é de 3,5 kg.
Energia interna (U): é a capacidade total de um sistema realizar trabalho.
Não podemos medir a energia total de um sistema e sim as variações na energia.
Se um sistema realiza trabalho de 15 J, ele consumiu uma parte de sua energia
armazenada, e dizemos que sua energia interna diminuiu 15 J. Para representar esta
mudança, escrevemos ∆� = −15 �.
Usamos o símbolo para representar a energia transferida a um sistema pelo trabalho
realizado, de modo que ∆� = .
∆� ↑ �� ��� + (compressão do gás)
∆� ↓ �� ��� − (expansão do gás)
Calor
A energia interna de um sistema pode também ser alterada pela transferência de energia
de ou para as vizinhanças como calor.
Em termodinâmica, calor é a energia transferida como resultado de uma diferença de
temperatura.
A energia flui como calor de uma região de maior temperatura para uma de menor
temperatura.
A quantidade de energia transferida como calor é medida em J.
1 cal = 4,184 J
O termo técnico para a parede isolada termicamente é parede adiabática.
∆� = �
A 1ª lei diz que a energia interna de um sistema modifica-se como resultado de ambos,
trabalho e calor.
∆� = + �
A 1ª lei é fato experimental (conservação de energia): a energia interna de um sistema
isolado é constante.
Exemplo 1: Um sistema foi aquecido usando 300 J de calor, enquanto sua energia
interna diminuiu 150 J (ou seja ∆� = −150 �). Calcular . Foi realizado trabalho sobre
o sistema ou o sistema realizou trabalho?
Exemplo 2: Um sistema tinha 200 J de trabalho realizado sobre ele, mas sua energia
interna diminuiu somente 40 J. Calcular �. O sistema ganhou ou perdeu calor no
processo?
Função de estado
Uma função de estado depende somente do estado em que se encontra o sistema. A
mudança na função de estado entre dois estados é independente do caminho entre eles.
A energia interna é uma função de estado, calor e trabalho não são.
A volume constante: ∆� = �
Entalpia
Vimos que se não ocorre variação no volume de um sistema e nenhum trabalho de
expansão é realizado, então a variação na energia interna é igual a energia fornecida ao
sistema como calor (∆� = �, a volume constante).
Entretanto, em química estamos mais preocupados com transferência calor a pressão
constante. Muitas reações químicas ocorrem em recipientes abertos à atmosfera, logo,
ocorrem a pressão constante (1 atm).
Transferência de calor a pressão constante
A função de estado que permite obter informações sobre as variações de energia a
pressão constante é chamada de entalpia, !.
! = � + "#
Onde U, P e V são a energia interna, a pressão e o volume do sistema.
A primeira lei fala que a variação na entalpia de um sistema é igual ao calor liberado ou
absorvido a pressão constante.
∆! = ∆� + "∆#
∆� = � +
∆! = � + + "∆#
= −"$%&∆#
∆! = � − "$%&∆# + "∆#
"$%& = "
∆� = � (pressão constante)
A entalpia de um sistema, uma propriedade de estado, é uma medida da energia do
sistema que está disponível como calor a pressão constante. Para um processo
endotérmico, ∆! > 0; para um processo exotérmico, ∆! < 0.
Exemplo: Em uma certa reação exotérmica à pressão constante, 50 kJ de calor deixam o
sistema e 20 kJ de energia deixam o sistema como trabalho de expansão para deixar
espaço para os produtos. Quais os valores de (a) ∆! e (b) ∆� para este processo?
Exemplo: Em uma certa reação endotérmica a pressão constante, 30 kJ de calor entram
no sistema. Os produtos ocupam menos volume que os reagentes, e 40 kJ de energia
entram no sistema como trabalho que a atmosfera exterior faz sobre ele. Quais os
valores de (a) ∆! e (b) ∆� para este processo?
Entalpias de mudanças de fases
As substâncias sofrem mudanças de estado chamadas de transições de fase, tais como
vaporização, condensação e congelamento. Cada uma destas transições envolve uma
mudança de energia da substância (exemplificar: condensação, vaporização,
congelamento).
A diferença de entalpia entre os estados de vapor e líquido de uma substância é
chamada de entalpia de vaporização, ∆!012.
∆!012 = !01234 − !5í789:3
Para a água em seu ponto de ebulição, 100 ℃, ∆!012 = 40,7 >�. ?�@AB, mas a 25 ℃,
∆!012 = 44,0 >�. ?�@AB. Este último valor significa que, para vaporizar 1,00 mol de
H2O (l) (18,02 g de água a 25 ℃, devemos fornecer 44,0 kJ de energia como calor.
Entalpia de uma mudança química
As variações de entalpia acompanham mudanças físicas, tais como, vaporização.
As entalpias de reação
As entalpias padrão de reação (aula 3) (pg 370 – Atkins)