Introdução à Termodinâmica

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INTRODUÇÃO À 
TERMODINÂMICA
Componente Curricular: Termodinâmica Química
Monitora: Giovanna Abrantes 
Termodinâmica
Definições
 Sistema: Parte do universo que está sendo estudada.
 Sistema Aberto
 Sistema Fechado
 Sistema Isolado
 Vizinhanças: Onde os efeitos da troca de energia são observados.
 Fronteiras: Limites que definem o espaço físico do sistema, separando-os das vizinhanças.
 Diatérmicas
 Adiabáticas2
 Relaciona as propriedades de um sistema (Volume, pressão, temperatura) com seu comportamento
em processos físicos e químicos.
 Limitações: Não trata da velocidade das transformações; Não faz suposição sobre a estrutura
molecular do sistema.
Fonte: Atkins, P; PAULA, J. de. Fundamentos de Físico-Química. 10 ed. Vol 1. 5 ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2014.
Estudo do Calor, 
Trabalho, Energia e 
as mudanças 
sofridas pelo sistema
Conceitos
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Propriedades de um sistema:
 Intensivas: Não dependem da quantidade de substância do sistema. Exemplos:
Densidade, TF, etc.
 Extensivas: Depende da quantidade de substância do sistema. Exemplos: Massa,
Volume...
Estado Termodinâmico:
As propriedades que descrevem o estado de um sistema (variáveis de estado) não são
independentes entre si.
Função de estado: Propriedade que depende apenas do estado inicial e final.
Lei dos Gases
4
4
1
2
3
Volumes iguais de gases diferentes nas mesmas 
condições de temperatura e pressão contêm o 
mesmo número de molécula
Princípio de Avogadro
Lei de Charles
Lei de Boyle
Transformação isotérmica
Pressão constante: V = Cte . T
Volume constante: P = Cte . T
Lei do Gás Perfeito
pV = nRT
Em um sistema fechado em que a temperatura é 
constante, a massa de gás ocupa um volume 
inversamente proporcional a sua pressão.
Transformação isocórica
V = Cte . n
pV = Cte
Equação de estado aproximada para 
qualquer gás e fica cada vez mais exata à 
medida que a pressão do gás tende a zero.
Em um sistema sob volume constante, observa-se que a 
pressão é proporcional à temperatura
Conceitos
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Equilíbrio Termodinâmico:
 Mecânico
 Material
 Térmico
Lei Zero da Termodinâmica
Condições 
para o equilíbrio 
térmico
Primeira Lei da Termodinâmica
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Energia Total de um sistema que é armazenada na forma de Energia Cinética
(vibracional, rotacional, translacional) e Energia Potencial (energia de ligação, interações
intermoleculares, etc)
Energia Interna (U):
Primeira Lei:
 Aplica o princípio da conservação de energia, onde em um sistema isolado a energia
interna é constante.
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
q = calor
w = trabalho Transferência de 
Energia
Primeira Lei da Termodinâmica
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Trabalho (w):
É a transferência de energia de um sistema a outro por meio de uma conexão mecânica
ou elétrica de modo que um corpo pode ser deslocado contra uma força que se opõe ao
movimento, sem diferença de temperatura.
Tipos de trabalho:
 Expansão: Com variação de volume
 Não-expansão: Sem variação de volume
Expressão geral do trabalho:
𝑃 =
𝐹
𝐴
𝐹 = 𝑃 . 𝐴
𝑑𝑤 = −𝐹. 𝑑𝑥
𝑑𝑤 = − 𝑃 . 𝐴. 𝑑𝑥
∫ 𝑑𝑤 = −∫ 𝑃 . 𝑑𝑣 𝑤 = −𝑃 . 𝑑𝑣
Trabalho 
realizado pelo 
sistema
w < 0 Trabalho 
realizado no 
sistema
w > 0 
Primeira Lei da Termodinâmica
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Trabalho (w):
Expansão Livre: Expansão no vácuo, como 𝑃 = 0 w = 0
𝑤 = −𝑃 . 𝑑𝑣
Expansão contra uma pressão: 𝑤 = − 𝑃 𝑑𝑣 𝑤 = − 𝑃 . ∆v
Unidade: 
1 atm.L
= 101325 J
Expansão Reversível: Quando o processo é reversível P = 𝑃 𝑤 = − 𝑃 𝑑𝑣
Expansão Isotérmica reversível: De acordo com a Lei dos Gases Ideais: pV = nRT
p = 𝑤 = − 𝑃 𝑑𝑣 𝑤 = −𝑛𝑅𝑇
𝑑𝑣
𝑣
𝑤 = −𝑛𝑅𝑇. 𝑙𝑛
𝑉
𝑉
Primeira Lei da Termodinâmica
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Calor (q):
C = Capacidade térmica 
(Propriedade extensiva)
Transferência de energia que se dá devido a uma transferência de temperatura.
𝑑𝑞 = 𝐶. 𝑑𝑇
𝑑𝑞 = 𝐶 . 𝑑𝑇
𝑞 = 𝐶. ∆T
𝐶 = 𝑚. 𝑐 c = Capacidade calorífica específica
𝑞 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
Processo 
Endotérmico
q > 0 
Processo 
Exotérmico
q < 0 
Primeira Lei da Termodinâmica
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Capacidade calorífica à volume constante
A energia interna de uma substância aumenta quando elevamos sua temperatura.
𝐶 = (
𝜕𝑈
𝜕𝑇
)
𝑑𝑈 = 𝑑𝑞 + 𝑑𝑤
𝑑𝑈 = 𝐶. 𝑇∆ + (− 𝑃 𝑑𝑣)
𝑑𝑈 = 𝐶. 𝑑𝑇
𝑑𝑈 = 𝐶. 𝑑𝑇
∆𝑈 = 𝐶 . ∆T
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Exemplo
Uma amostra de 1,5 mols de Neônio se expande isotermicamente, a 0°C de 22,4L para 44,8L.
Calcule q, w e ∆U para cada processo:
a) Reversivelmente
b) Contra uma pressão externa igual à pressão final do gás
c) Livremente
Referências
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(83) 99649-4440 giovanna.abrantes@academico.ufpb.br
Contato:
ATKINS. P; JONES, L. Princípios de química. 5ª Ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
ATKINS, P; PAULA, J. de. Físico-química: Volume 1. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
MCQUARRIE, D. A; ROCK, P. A; GALLOGLY, E. B. General Chemistry. 4ª Ed. Callifornia: 
University Science Books, 2011.