Curso-Quimica Geral - Aula9 e 10

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Energia e ligação químicaEnergia e ligação química
Energia de ligaçãoEnergia de ligação
“variação de entalpia (condições padrão) na “variação de entalpia (condições padrão) na 
quebra de ligação de um mol de gás”quebra de ligação de um mol de gás”
- Quebra de ligação: sempre positiva (endotérmica) 
A-B(g) → A(g) + B(g) ∆Hr0 > 0 A-B(g) → A(g) + B(g) ∆Hr0 > 0 
- Formação de ligação: sempre negativa (exotérmica) 
A(g) + B(g) → A-B(g) ∆Hr0 < 0
Reação químicaReação química
“processo que envolve a quebra e a formação “processo que envolve a quebra e a formação 
de ligações químicas”de ligações químicas”
Como predizer a espontaneidade de uma Como predizer a espontaneidade de uma 
reação???reação???
Como predizer a espontaneidade de uma Como predizer a espontaneidade de uma 
reação???reação???
É possível à partir de CO2(g) e H2O(l) obter a gasolina???
Ex: Queima da Gasolina*: 
Critério de EspontaneidadeCritério de Espontaneidade
Inicialmente se pensava que todos os processos 
espontâneos eram exotérmicos
Como explicar a espontaneidade de um processo 
endotérmico??? 
Ex: derretimento de gelo à temperatura ambiente ou Ex: derretimento de gelo à temperatura ambiente ou 
dissolução de NH4NO3(s) em H2O(l)
nh4no3 solucao.AVI
“mudanças espontâneas ocorrem apenas na 
direção que levam ao equilíbrio”
EspontaneidadeEspontaneidade
Qual são os critérios para predizer a 
espontaneidade de uma reação???
∆∆∆∆Gro < 0 reação espontânea
∆∆∆∆Gro = ∆∆∆∆Hro - T ∆∆∆∆Sro = - RT ln K
∆∆∆∆Suniverso > 0 reação espontânea
Sistema, Vizinhança e UniversoSistema, Vizinhança e Universo
SistemaSistema: parte do universo em estudo
VizinhançaVizinhança: o restante
Um sistema pode ser aberto, fechado ou isolado:
UniversoUniverso: Sistema + Vizinhança
Aberto Fechado Isolado
∆∆∆∆Esistema = Efinal - Einicial = Eprodutos - Ereagentes
Sistema, Vizinhança e UniversoSistema, Vizinhança e Universo
Primeira Lei da TermodinâmicaPrimeira Lei da Termodinâmica
(lei da conservação da energia)
∆∆∆∆Euniverso = ∆∆∆∆ Esistema + ∆∆∆∆ Evizinhança = 0
Energia Interna (Energia Interna (função de estadofunção de estado))
Ex: Queima da Gasolina*: 
EfinalEinicial
QFL0137QFL0137
Curso Química GeralCurso Química Geral
TermodinâmicaTermodinâmica
Lei Zero da TermodinâmicaLei Zero da Termodinâmica
Primeira Lei da TermodinâmicaPrimeira Lei da Termodinâmica
Segunda Lei da TermodinâmicaSegunda Lei da Termodinâmica
“a energia interna de um sistema isolado é 
constante”
“os sistemas tendem ao equilíbrio térmico”
Segunda Lei da TermodinâmicaSegunda Lei da Termodinâmica
Terceira Lei da TermodinâmicaTerceira Lei da Termodinâmica
“a entropia do universo tende a aumentar em um 
processo espontâneo”
“se a temperatura tende ao zero absoluto, a 
entropia tende ao seu valor mínimo”
Processo EspontâneoProcesso Espontâneo
H2O(s) ���� H2O(l) T = 0
oC
Equilíbrio
Energia de ativação
H2(g) + ½ O2(g)→→→→ H2O(l)
Ea = 42 kJ/mol
∆∆∆∆G = - 229 kJ/mol
Reação Espontânea
Combustion of Hydrogen_WMV V9.wmv
Obtenção de H2(g)
Ex: Eletrólise da H2O(l)
2H2O(l) →→→→ 2H2(g) + O2(g)
Cátodo (redução): 4H+(aq) + 4e
-→→→→ 2H2(g)
Ânodo (oxidação): 2H2O(l)→→→→ O2(g) + 4H
+
(aq) + 4e
-
2H2O(l) →→→→ 2H2(g) + O2(g)Reação total: 
electrolysis of water_WMV V9.wmv
Reação espontânea
Reação não espontânea
Respiração: C6H12O6(aq) + 6O2(g) →→→→ 6CO2(g) + 6H2O(l)
∆∆∆∆G = - 2880 kJ/mol
Reação não espontânea
Fotossíntese: 6CO2(g) + 6H2O(l) →→→→ C6H12O6(aq) + 6O2(g)
∆∆∆∆G = + 2880 kJ/mol
2Na(s) + Cl2(g)→→→→ 2NaCl
Outros exemplos de reações espontâneas
P + 5O →→→→ P O
Reaction of Na+Cl2.wmv
P4(s) + 5O2(l)→→→→ P4O10(s)
phosphorous in oxygen_WMV V9.wmv
sugar01.AVI
Redox ReactionNH4NO3+Zn+NaCl_WMV V9.wmv
redox
Como prever se uma reação Como prever se uma reação 
irá ocorrer, dado tempo irá ocorrer, dado tempo 
suficiente?suficiente?
TERMODINÂMICATERMODINÂMICA
Como prever se uma reação irá Como prever se uma reação irá 
ocorrer com uma velocidade ocorrer com uma velocidade 
razoável?razoável?
CINÉTICACINÉTICA
Termodinâmica e CinéticaTermodinâmica e CinéticaTermodinâmica e CinéticaTermodinâmica e Cinética
Termodinâmica e CinéticaTermodinâmica e CinéticaTermodinâmica e CinéticaTermodinâmica e Cinética
A conversão de diamante a grafite é A conversão de diamante a grafite é termodinamicamente termodinamicamente 
favorecidafavorecida, mas , mas não é cineticamente favorecidanão é cineticamente favorecidafavorecidafavorecida, mas , mas não é cineticamente favorecidanão é cineticamente favorecida
A queima do papel é A queima do papel é termodinamicamente favorecida termodinamicamente favorecida e e 
cineticamente favorecida cineticamente favorecida –– uma vez iniciada, prossegue uma vez iniciada, prossegue 
até o final.até o final.
Segunda Lei da TermodinâmicaSegunda Lei da Termodinâmica
“a entropia do universo tende a aumentar em um “a entropia do universo tende a aumentar em um 
processo espontâneo”
“Microestados”“Microestados”
EntropiaEntropia
“associada à medida da desordem de um sistema e de 
como a energia está distribuída sobre os vários 
movimentos moleculares”
Processo espontâneo
“um processo espontâneo é aquele que resulta em 
um aumento da entropia do universo”
Definição:Definição:
Unidade: J/K
Processo espontâneo
Obs: Entropia →→→→ Função de Estado
Dispersão de EnergiaDispersão de Energia
“em um processo espontâneo , a energia passa 
de mais concentrada para mais dispersa”
Dispersão de EnergiaDispersão de Energia
Sistema: 4 átomos, sendo 1 com 2 quanta de energia (inicial)
10 microestados (6 / 4)
Dispersão de EnergiaDispersão de Energia
Sistema: 6 átomos, sendo 1 com 2 quanta de energia (inicial)
21 microestados (15 / 6)
Dispersão de EnergiaDispersão de Energia
Sistema: 4 átomos, sendo 2 com 3 quanta de energia (inicial)
84 microestados
Ludwig BoltzmannLudwig Boltzmann
S = k lnW
“a entropia de um sistema, S, é proporcional ao 
logaritmo natural do número de microestados 
acessíveis de um sistema ou substância”
k = constante de Boltzmann = 1,38 x 10-23 J/K
Dispersão de MatériaDispersão de Matéria
Dispersão de Matéria/EnergiaDispersão de Matéria/Energia
Variação de entropia, Variação de entropia, ∆∆∆∆∆∆∆∆SS
Medida da EntropiaMedida da Entropia
Terceira Lei da Termodinâmica
“um cristal perfeito a 0 K tem entropia 0”
S = k lnW = k ln 1 = 0
• a entropia de uma substância aumenta com o
aumento de temperatura
• há um grande aumento na entropia em mudanças de
estado físico
S = k lnW = k ln 1 = 0
Entropia Padrão, SEntropia Padrão, S00
“a entropia padrão, S0, é a entropia adquirida por 
um cristal perfeito inicialmente à 0 K levado às 
condições padrão”
Entropia em Função da TemperaturaEntropia em Função da Temperatura
Entropia Padrão, SEntropia Padrão, S00
“a entropia padrão, S0, é a entropia adquirida por 
um cristal perfeito à 0 K levado às condições padrão”
Variação de Entropia Padrão, Variação de Entropia Padrão, ∆∆∆∆∆∆∆∆SS00
“um processo espontâneo é aquele que resulta em 
Segunda Lei da TermodinâmicaSegunda Lei da Termodinâmica
“um processo espontâneo é aquele que resulta em 
um aumento da entropia do universo”
Processo 
Isotérmico
(T constante)
Ex: Variação de entropia quando 1 mol de gelo
derrete na palma da mão.
Prevendo a espontaneidade de Prevendo a espontaneidade de 
uma reação à partir de uma reação à partir de ∆∆∆∆∆∆∆∆SS00univuniv
Ex:
Prevendo a espontaneidade de Prevendo a espontaneidade de 
uma reação uma reação 
Obs:
Medida da Variação de Medida da Variação de 
Entropia da VizinhançaEntropia da Vizinhança
Energia Livre de Energia Livre de GibbsGibbs
G = H - TS
Variação de Energia Livre de Variação de Energia Livre de GibbsGibbs
em uma Reação Químicaem uma Reação Química
Energia Livre Padrão de Energia Livre Padrão de GibbsGibbs, , ∆∆∆∆∆∆∆∆GG00
Relação entre aEnergia Livre Relação entre a Energia Livre 
Padrão de Padrão de GibbsGibbs e Ke K
O que é energia livre?O que é energia livre?
“a energia livre representa a máxima energia 
disponível para realizar trabalho”
∆∆∆∆G = wmax
Energia Livre Padrão de formação, Energia Livre Padrão de formação, ∆∆∆∆∆∆∆∆rrGG00
Energia Livre e TemperaturaEnergia Livre e Temperatura
Energia Livre e TemperaturaEnergia Livre e Temperatura
Ex: CaCO3(s) →→→→ CaO(s) + CO2(g)
Qual a T para que o processo seja produto-favorecido?
Termodinâmica e Termodinâmica e BioBio