Termodinâmica - Uma Introdução

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Termodinâmica : Uma Introdução
A termodinâmica é o estudo das 
formas de trasferência de energia 
entre o sistema e suas vizinhanças 
durante as mudanças de estado. 
Ela permite quantificar os efeitos 
das trocas de energia e que 
predições úteis podem ser feitas. 
“A energia se conserva, não pode 
ser criada nem destruída” 
Em um processo termodinâmico 
de equilíbrio, o estado de um 
sistema se transforma 
fradualmente e a energia total do 
universo permanece inalterada. 
Termodinâmica x Cinética 
Apesar de serem disciplinas 
diferentes, podemos considera-las 
complementares. A cinética 
envolve o movimento, podemos 
compara-la a um filme. Já a 
termodinâmica se assemelha mais 
a uma fotografia, na qual 
escolhemos um intervalo de tempo 
a fim de estuda-lo neste momento. 
Na cinética esse intervalo 
aumenta, ele não é um momento, 
nele temos um início e o fim. É o 
movimento da transformação. 
Na termodinâmica, o tempo não 
aparece do ponto de vista 
quantitativo, mas de forma 
qualitativa ou implícita. 
A termodinâmica se apoia em duas 
bases, a: 
 Energia – se conserva no 
universo. 
 Entropia – só pode aumentar. 
Conceito Fundamental 
Conservação da energia 
De acordo com o princípio da 
conservação de energia, a energia 
não pode ser criada nem destruída 
e sim sempre transformada de um 
tipo para outra. 
Caracterítica da 
termodinâmica química 
Ela se refere só aos estados inicial 
e final do sistema que evolui e ao 
balanço das transformações. 
O caminho seguido pelo sistema 
durante a transformação pode ter 
a sua importância 
(reversibilidade), mas a 
termodinâmica não pretende 
Físico - Química 
elucidar o mecanismo de 
transformação. 
Significado Termodinâmico de 
alguns termos 
Sistema – é aquela parte do 
universo físico cujas propriedades 
estão sob estudo. 
Fronteira – é o que separa o 
sistema do restante do universo. 
Vizinhanças – é o restante do 
universo. 
Sistema isolado – A fronteira não 
permite qualquer interação com a 
vizinhança. Não pode trocar, com 
o exterior, nem matéria nem 
energia (garrafa térmica). 
Na prática não é possível ter um 
sistema totalmente fechado, 
entretanto o universo pode ser 
considerado como sistema isolado. 
O sistema pode ser também 
aberto, apresentando troca de 
matéria e energia, e fechado, em 
que há apenas troca de energia. 
Propriedades de um sistema: 
atributos físicos percebidos pelos 
sentidos ou feitos perceptíveis por 
certos métodos experimentais de 
investigação. 
Estados de um sistema: Um 
sistema está num estado definido 
quando cada uma de suas 
propriedades têm valor definido. 
Mudança de Estado: 
Completamente conhecida quando 
os estados final e inicial são 
conhecidos. 
Caminho: É definido conhecendo-
se o estado inicial a sequência de 
estados intermediários dispostos 
na ordem percorrida pelo sistema 
e o estado final. 
Processo: É um método de 
operação através do qual uma 
mudança de estado é efetuada. 
Descrição de um processo 
Consiste em definir um ou todas 
entre as seguintes condiçoes: 
 Fronteira. 
 A mudança de estado, o 
caminho, ou os efeitos 
produzidos no sistema 
durante cada estágio do 
processo. 
 Os efeitos produzidos nas 
vizinhanças durante cada 
estágio do processo. 
Ciclo: Quando um sistema após 
sofrer uma transformação retorna 
a seu estado inicial. 
Fronteira 
Ela pode ser: 
 Adiabática – não permite 
troca de calor. 
 Diatérmica – permite o fluxo 
de energia na forma de calor. 
 Impermeável – não permite 
qualquer fluxo de massa. 
 Semipermeável – permite o 
fluxo seletivo de massa. 
 Rígida – sem contato 
mecânico, não permite 
trabalho. 
O sistema com fronteira 
adiabática, impermeável e rígida 
não influenciam a vizinhança – 
universo a parte. 
Trocas de calor 
Exotérmico - quando o calor flui do 
sistema para a vizinhança. 
Endotérmico – quando o calor flui 
da vizinhança para o sistema. 
Caminho e processo 
Caminho : É definido conhecendo-
se o estado inicial, a sequência de 
estados intermediários dispostos 
na ordem percorrida pelo sistema 
e o estado final. 
Processo : É um método de 
operação através do qual uma 
mudança de estado é efetuada. 
Funções de estado e variável de 
processo. 
Função de estado: dependem 
apenas do estado do sistema e 
independem do caminho que leva 
o sistema de um estado 
termodinâmico A ao seu estado B. 
Ex: Energia (U) ; Entalpia (H) 
Variáveis de processo: Elas 
dependem do caminho em que o 
sistema passa do estado A para o 
estado B. 
Ex: Calor (q) ; Trabalho (w). 
Variáveis de Estado: São aquelas 
que tem valor definido quando o 
estado de um sistema é 
especificado. 
Ex: Massa, volume, pressão, 
temperatura, concentração. 
As variáveis podem ser 
classificadas em: 
 Extensivas – proporcionais à 
quantidade de matéria: 
massa, volume. 
 Intensiva – independente da 
quantidade de matéria: 
pressão, temperatura, 
densidade, potencial 
químico. 
Lei dos gases 
Algumas variáveis de estado 
podem ser ligadas com uma 
relação chamada equação de 
estado: 
PV = nRT 
Por Você Nunca Rezei Tanto 
P é a pressão, V é o volume, T é a 
temperatura na escala Kelvin, R é a 
constante universal dos gases e 
vale R = 0,082 atm. L/mol.K e n é 
o número de mol do gás. 
Funções de Estado 
Como dito anteriormente, uma 
função de estado é uma que tem 
valor definido para cada estado do 
sistema e suas variações são 
totalmente definidas como estado 
inicial e o estado final. 
Estado A 
Estado B 
∆Fa-b = (FB – FA) 
Em matemática uma função de 
estado é uma função (x,y,z) de 
várias variáveis de estado x, y, z 
caracterizada com a existência de 
uma diferencial exata 
 
Estado de Equilíbrio 
Um sistema esta em equilíbrio se 
as variáveisque definem seu estado 
não variam com o tempo e as 
vaiáveis intensivas tem o mesmo 
valor do sistema inteiro. 
Reversibilidade 
Termodinâmica 
Uma transformação pode ser 
invertida quando ela pode ser 
realizada em dois sentidos. 
Em teoria, todas as reações 
químicas podem ser reversíveis 
Expansão e compressão de um gás 
Durante a expansão o gás não tem 
uma pressão homogênea, as 
moléculas de gás perto do pistão 
tem uma pressão < pressão da 
moléculas situadas a maior 
distância. 
 
 
A revessibilidade termodinâmica 
exige que a pressão seja 
homogênea. 
Expansão: Diminuir de uma 
maneira infimamente progressiva 
a pressão do gás. 
Para aproximar a reversibilidade 
podemos dividir a massa m em n 
partes e tirar cada uma destas 
partes de uma vez – pode ser feito 
pela evaporação.