primeiro princípio da termodinâmica

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Primeiro princípio 
da termodinâmica
ENERGIA, CALOR E TRABALHO
Química é uma Ciência da Natureza que estuda a matéria e suas 
transformações
Termodinâmica
 A termodinâmica é a ciência que estuda e
estabelece as relações entre as diferentes
formas de energia.
 Os princípios da termodinâmica governam as
transformações de um tipo de energia em
outro.
 É uma ciência que lida e governa sistemas
macroscópicos.
Conceitos importantes
Sistema: parte selecionada para se estudar o comportamento e
propriedades;
Vizinhança: todo o resto é chamado de vizinhança;
Fronteira: separa o sistema da vizinhança;
Sistema aberto: quando a fronteira permite trocas de massa e calor;
Sistema fechado: quando a fronteira não permite troca massa;
Sistema isolado: quando a fronteira não permite troca massa nem
calor;
Universo: Sistema mais vizinhança.
Propriedades Intensivas: Propriedades que não dependem da
quantidade (densidade).
Propriedades extensivas: Propriedades que dependem da quantidade
(volume).
Vizinhanças
sistema
Fronteira
Conceitos fundamentais
• Sistemas
Conceitos importantes
 Função de estado: é uma propriedade que
depende apenas do estado final e inicial e não
do caminho, ou histórico pelo qual a
propriedade alterou.
As funções de estado tem variação igual
a zero em um ciclo!
Energia
Energia cinética e Energia potencial
• Energia cinética é a energia de movimento;
 Ecinética = ½ m V
2 = 3/2 kT
 A constante de Boltzmann k = 1,38 x 10-23 joules/K.
• Energia potencial é a energia que um objeto possui em virtude
de sua posição. Na química a energia potencial mais
importante é a eletrostática:
K = 8,99 x 109 J m/C2
Q1 e Q2 cargas e d distância entre as 
cargas.
Energia Cinética vs Temperatura 
Temperatura proporcional a Energia associada ao 
movimento desordenado das partículas de uma 
substância.
Energia potencial vs distância
A Função de Estado Energia Interna U
A energia interna denominada de U de um sistema químico são
as contribuições da energia cinética das moléculas ou átomos e
das energias potenciais.
É impossível medir diretamente a energia de um sistema
químico, mas é possível medir a variação de energia (ΔU).
A energia interna de um sistema pode ser definida como a
capacidade que um sistema tem de realizar trabalho e trocar
calor.
Unidade no sistema internacional = Joule; 1 cal = 4,184 J para
trabalhar em Joule, medida de massa é kg, distância m, volume
m3 , tempo em segundos, pressão em Pascal.
1º PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA
A ENERGIA DO UNIVERSO É CONSTANTE
UNIVERSO => SISTEMA ISOLADO
Uuniv. = Uf – Ui = 0 => Uf = Ui
Uuniv. = Uviz. + Usist. = 0 => Uviz= -Usist
EM UM SISTEMA FECHADO (sem troca de massa)
A ENERGIA TOTAL OU INTERNA DE UM SISTEMA É TROCADA 
COM AS VIZINHANÇAS NA FORMA DE CALOR q E/OU 
TRABALHO w
U = q + w (representação matemática do primeiro princípio)
U => é uma função de estado.
q e w => não são funções de estado.
- Primeiro princípio da Termodinâmica
A energia de um sistema isolado é constante
A energia não pode ser produzida e nem destruída, apenas transformada.
Trabalho e Calor
Trabalho e calor não são funções de estado, ou seja não
dependem apenas do estado final e inicial, dependem do
caminho da transformação, ou seja, o histórico da
transformação interfere nos valores dessas variáveis.
Energia, Trabalho e Calor
A energia pode ser transferida na forma de trabalho e/ou calor.
Trabalho: é a energia utilizada para mover objetos contra uma força
Calor: é uma forma de energia que se transfere de um objeto com maior
temperatura para um objeto com menor temperatura.
Convenções:
q > 0 => Calor é absorvido pelo sistema
q < 0 => Calor é liberado pelo sistema
w < 0 => Trabalho é realizado pelo sistema
w > 0 => Trabalho é realizado sobre o sistema
Calor
Calor → Fluxo de energia de um corpo para outro devido 
a um gradiente térmico, ou seja, é um fluxo de energia de
um corpo mais quente para outro mais frio.
Trabalho
Trabalho → O trabalho causa um deslocamento ou provoca 
uma deformação. Em geral, nas reações químicas, ele está 
associado à variação do volume.
Trabalho de Expansão de um Gás
w = - Fext.x d = - Pext.x A x h = - Pext. x V
Trabalho Máximo – Trabalho reversível
Quanto maior o nº de etapas maior 
a quantidade de w.
W total = wi Quando i →∞ , 
w é máximo quando o processo é reversível.
w = -  P dV pressão do gás (interna)
em equilíbrio o com a externa durante a 
Transformação.
Representação gráfica do trabalho 
de Expansão reversível (máximo)
Trabalho reversível de um gás ideal
Cálculo do Trabalho de uma expansão reversível
isotérmica de um gás ideal:
𝑤 = − 𝑉1׬
𝑉2
𝑃 𝑑𝑣 , P varia com v para um gás,
então:
PV = nRT, então 𝑤 = 𝑉1׬−
𝑉2 𝑛𝑅𝑇
𝑉
dv
Como n, R e T são constantes saem da integral e o 
resultado é:
wreversível = − 𝑛𝑅𝑇 ln
𝑉2
𝑉1
Comparando w reversível com não reversível
Se o trabalho acontece em única etapa:
w = - Pext. x V (onde V = Vf – Vi)
Mesmo que Vf e Vi das transformações sejam iguais,
os valores do trabalho são diferentes, demonstrando
que o w não é função de estado e depende do
caminho escolhido para a transformação.