Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências...
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Termodinâmica
Professora: Melissa Soares Caetano
Disciplina QUI 217
Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências Exatas e Biológicas
Departamento de Química
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Segundo Princípio da Termodinâmica
Direção natural ou no
sentido oposto, não natural
Espontâneo Não
Espontâneo
Vácuo
Esp Não
Esp
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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
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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
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1q
w
absorvidoCalor
efetuadoTrabalho
21 qqw
Eficiência definida em termos das trocas térmicas
1
21
q
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
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T
qdS rev
f
i
rev
T
qSPara transformação
finita
Definição de entropia
Integral no ciclo é nula
0 T
qrev
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Parte energia cinética
movimento térmico dos átomos
Dispersão de energia
O que determina o sentido da transformação
natural?
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movimento térmico dos átomos
Vibrações caóticas
movimento organizado
Pouco
provável
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Leva a uma dispersão caótica maior da energia
total do sistema isolado
Mudança espontânea
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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
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Medida da desordem
molecular
A entropia de um sistema isolado
aumenta numa mudança espontânea
Entropia
Stot > 0 vizsistot SSS
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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
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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
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Exotérmica
0 Strs0 Htrs
Endotérmica
0 Strs0 Htrs
trs
trstrs
T
HS
Congelamento
Fusão
Entropia de transição de fase
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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.
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Entropia na expansão isotérmica reversível de
um gás perfeito
i
f
V
VlnnRS
dTCdVdU VT
wqdU
T
qdS
pdVw if VV
0S
0 0
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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
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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
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agentes
m
odutos
mr SSSRe
0
Pr
00
Positiva formação de gás na reação
Negativa consumo de gás na reação
Entropia padrão de reação
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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
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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.