termodinâmica

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Bem vinda à aula 01 – Termodinâmica
Professor Vinícius Pianta
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Os processos que liberam calor são denominados processos exotérmicos.
Os processos que absorvem calor são denominados processos endotérmicos
ENTALPIA E VARIAÇÃO DE ENTALPIA
Uma analogia com o saldo de uma conta bancária
O conceito de entalpia (H) e de variação de entalpia (H)
exotérmico
endotérmico
Processo químico exotérmico (reação química exotérmica)
Quando uma reação exotérmica acontece, o sistema formado pelos participantes
dessa reação libera calor para as vizinhanças (meio ambiente).
Processo químico endotérmico (reação química endotérmica)
Quando uma reação endotérmica acontece, o sistema formado pelos
participantes dessa reação absorve calor das vizinhanças (meio ambiente).
Equação termoquímica
Os processos realizados em calorímetros e os dados experimentais obtidos são representados pelas equações termoquímicas.
Para que uma equação termoquímica possa representar de modo completo dados obtidos em laboratório, devem estar presentes as seguintes informações:
• os coeficientes estequiométricos e o estado físico de todos os participantes;
• especificação da variedade alotrópica, quando for o caso;
• atemperatura e a pressão em que a reação ou a mudança de fase é
realizada;
• o ΔH do processo.
A LEI DE HESS
O que é? É A SOMA DE TODAS AS ENTALPIAS
PODE-SE:
MULTIPLICAR AS EQUAÇÕES POR NÚMEROS INTEIROS
INVERTER AS REAÇÕES, O QUE ERA REAGENTE VIRA PRODUTO E VICE-VERSA
COM CONSEQUÊNCIA, OS VALORES DE ENTALPIAS SERÃO AUTOMATICAMENTE MEXIDOS COM ESSAS MUDANÇAS
O que pode fazer?
1) manter a equação
2) inverter
O que pode-se fazer???????????
1ª: inverte
2ª: multiplica por 3
3ª: multiplica por 4
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
RESPOSTA: ΔH = - 2504 kJ/mol
ENTALPIA-PADRÃO DE COMBUSTÃO
Combustão e entalpia-padrão de combustão (ΔH°c)
ENTALPIA-PADRÃO DE FORMAÇÃO
Formação e entalpia-padrão de formação (ΔH°f )
 -1305,73 kJ
Entalpia de ligação
Entropia
A mudança espontânea
Uma mudança espontânea é uma mudança que tende a ocorrer sem a necessidade de indução externa. Um exemplo simples é o resfriamento de um bloco de metal quente ate alcançar a temperatura da vizinhança. 
A mudança inversa, um bloco de metal que, espontaneamente, esquenta mais do que a vizinhança, nunca foi observada. A expansão de um gás
no vácuo também é espontânea: um gás não tende a se contrair espontaneamente em uma parte do recipiente.
As moléculas de um gás movem-se aleatoriamente e espalham-se por todo o recipiente. É muito improvável que o movimento aleatório leve todas elas, ao mesmo tempo, para um canto do recipiente. O padrão que começa a emergir e que a energia e a matéria tendem a ficar mais desordenadas.
Na linguagem da termodinâmica, essa ideia simples é expressa como entropia, S, uma medida da desordem. Entropia baixa significa pouca desordem e entropia alta significa muita desordem. Portanto, o padrão pode ser expresso como a segunda lei da termodinâmica: A entropia de um sistema isolado aumenta durante uma mudança espontânea.
Se a temperatura for constante, a variação de entropia de um sistema pode ser calculada
pela seguinte expressão:
ΔS: variação da entropia do sistema
q: energia transferida na forma de calor
T: temperatura (absoluta) na qual ocorre a transferência. 
O subscrito “rev” em q significa que a energia tem de ser transferida reversivelmente
A entropia é uma medida da desordem. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia de um sistema isolado aumenta em qualquer processo espontâneo. 
Entropia-volume
A entropia cresce quando uma determinada quantidade de matéria se expande até um volume maior ou se mistura com outra substância. Esses processos espalham as moléculas da substância por um volume maior e aumentam a desordem de posição, isto é, a desordem associada as posições relativas das moléculas.
O cálculo mostra que a variação de entropia de um gás ideal, quando ele se expande isotermicamente
de um volume V1 ate um volume V2, é: 
em que n é a quantidade de moléculas de gas (em mols) e R é a constante dos gases (em joules por kelvin por mol). 
Como esperado, quando o volume final é maior do que o volume inicial (V2 > V1), a variação de entropia é positiva e corresponde a um aumento de entropia
EXEMPLO Cálculo da variação de entropia na expansão isotérmica de um gás ideal
O QUE DEVEMOS SUPOR??? QUE O NITROGÊNIO SE COMPORTA COMO UM GÁS IDEAL
A variação de entropia que acompanha a compressão ou a expansão isotérmica de um gás ideal pode ser expressa em termos das pressões inicial e final. Para fazer isso, a lei do gás ideal, é usada para expressar a razão entre os volumes na em termos das pressões inicial e final. Como a pressão é inversamente proporcional ao volume (lei de Boyle), em temperatura constante, V2/V1 = P1/P2 . Portanto,
Entropia-pressão
Calcule a variação de entropia quando a pressão de 1,50 mol de Ne(g) diminui
isotermicamente de 20,00 ate 5,00 bar. Considere ideal o comportamento do gás.
Entropia-temperatura
A desordem de um sistema aumenta quando ele é aquecido porque o fornecimento de energia
aumenta o movimento térmico das moléculas. O aquecimento aumenta a desordem térmica,
a desordem é proveniente dos movimentos térmicos das moléculas.
em que C é a capacidade calorifica do sistema (CV se o volume é constante e CP se a pressao e constante). A dependência da variação da entropia em função da razão entre as temperaturas final e inicial
O que esta equação revela? Se T2 é maior do que T1, então, T2/T1 > 1, o logaritmo
da razão é positivo e, portanto, ΔS também é positivo, o que corresponde ao aumento
esperado de entropia quando a temperatura aumenta. Quanto maior for a capacidade
calorifica da substancia, maior será o aumento de entropia para uma dada mudança de
temperatura.
Cálculo de trabalho
EXEMPLO Cálculo da variação de entropia provocada por um aumento de temperatura
DICA1 ): COMO A DESORDEM TÉRMICA AUMENTA QUANDO A TEMPERATURA AUMENTA, O ESPERADO É UMA MUDANÇA POSITIVA DE ∆S
DICA 2): primeiro converta a temperatura em K e calcule a quantidade (em mols) das
moléculas do gás usando a lei dos gases ideais na forma n = PV/RT. 
Com a capacidade calorífica em volume constante, CV = nCV,m. 
DICA1 ): COMO A DESORDEM TÉRMICA AUMENTA QUANDO A TEMPERATURA AUMENTA, O ESPERADO É UMA MUDANÇA POSITIVA DE ∆S
A temperatura de 1,00 mol de He(g) aumenta de 25°C ate 300°C em volume constante. Qual é a variação de entropia do hélio? Considere o hélio um gás ideal e use a relação
Converter as Temperaturas em K
T1 = 25 + 273 = 298 K
T2 = 300 + 273 = 573 K
n = 1 mol
Cálculo de Cv,m 
Cv,m = 1,5 mol x (8,3145 J K-1 mol-1)
Cv,m = 12,47175
EXEMPLO Cálculo da variação de entropia quando a temperatura e o volume mudam
1) Compressão isotérmica reversível
2) Aumento da T final do gás
CÁLCULO DO ∆S TOTAL
∆S = -13,04 JK-1
Entropia-padrão
EXEMPLO Cálculo da entropia padrão
Variações de entropia globais
SE for POSITIVA, o processo será espontâneo
EXEMPLO Cálculo da variação de entropia total de uma reação
O resultado final do calculo e que o trabalho de uma expansão isotérmica reversível de um gás ideal de V1 a V2 é
Energia interna
Energia Livre de Gibbs
O efeito da temperatura
1) No caso de uma reação exotérmica (ΔH° < 0) com uma entropia de reação negativa (ΔS° < 0), - TΔS° contribui como termo positivo para ΔG°. 
Em temperaturas elevadas, -TΔS° prevalece sobre ΔH°, e ΔG° é positiva (e a reação inversa, a decomposição dos produtos puros, é espontânea). 
Em temperaturas baixas, ΔH° prevalece sobre -TΔS° e, por isso, ΔG° e negativa (e a formação de produtos é espontânea).
A temperatura na qual ΔG° muda de sinal é T = ΔH°/ΔS°.
2) No caso de uma reacao endotermica (ΔH° > 0) com uma entropia de reação positiva
(ΔS° > 0), o inverso é verdadeiro.
Neste caso, ΔG° e positiva em temperaturas baixas, maspode tornar-se negativa quando a temperatura cresce e TΔS° supera ΔH°. A formação de produtos a partir dos reagentes puros torna-se espontânea quando
a temperatura e suficientemente alta. Na reação exotérmica, a temperatura na qual ΔG° muda de sinal é 
T = ΔH°/ΔS°.
3) Para uma reação endotérmica (ΔH° > 0) com uma entropia de reação negativa (ΔS° < 0),
ΔG° > 0 em todas as temperaturas, e a reação direta não é espontânea qualquer que seja
a temperatura porque as entropias do sistema e da vizinhança diminuem durante o processo
4) Para uma reação exotérmica (ΔH° < 0) com uma entropia de reação positiva (ΔS° > 0),
ΔG° < 0 e a formação de produtos a partir dos reagentes puros é espontânea em qualquer
temperatura porque as entropias do sistema e da vizinhança aumentam durante o
processo
Como identificar a temperatura na qual uma reação endotérmica torna-se espontânea???
SEGUE exercício de exemplo 
Os sinais da termodinâmica
Se um motor elétrico produziu 15 kJ de energia a cada segundo como trabalho mecânico e perdeu 2 kJ como calor para o ambiente, então a mudança na energia interna do motor a cada segundo é
Suponha que, quando uma mola foi enrolada, 100 J de trabalho foram feitos nela, mas 15 J escaparam para os arredores como calor. A mudança na energia interna da mola é
Calcule o trabalho realizado quando 50 g de ferro reage com ácido clorídrico em (a) um recipiente fechado de volume fixo, (b) um copo aberto a 25 ° C.
Lei de Kirchoff
O ciclo de Born–Haber
A fórmula de Boltzmann
constante de Boltzmann, k = 1,381 x 10-23 J·K-1.
Calcule a entropia de um pequeno sólido formado por quatro moléculas diatômicas de um composto binário como o monóxido de carbono, CO, em T = 0, quando (a) as quatro moléculas formam um cristal perfeitamente ordenado em que todas as estão alinhadas com os átomos de C a esquerda (no alto, a esquerda, na Fig. 4G.2) e (b) as quatro moléculas estão em orientações aleatórias (mas paralelas, como em qualquer uma das imagens da Figura 4G.2). 
 
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