Resumo de Termodinâmica (Química)

Prévia do material em texto

1
Termodinâmica
1ª LEI: TRABALHO, CALOR, ENERGIA INTERNA, ENTALPIA E LEI DE HESS
2ª LEI: ENTROPIA
3ª LEI: ENERGIA LIVRE DE GIBBS
Essa área da química estuda a
conservação e a espontaneidade das
transferências de energia.
1ª lei da termodinâmica
Formas de transferência de energia
Esta estuda as formas de transferência
de energia, assim como a quantidade de calor
absorvido por um sistema e o trabalho por ele
realizado.
Para que ocorra a troca de energia em
forma de calor (Q) é necessário que ocorra
uma diferença de temperatura entre o sistema
e suas vizinhanças. Dessa forma, temos que,
para qualquer variação de temperatura ( T),∆
haverá um Q, que corresponde a equação
fundamental da calorimetria a seguir, .
𝑄 = 𝐶 × ∆𝑇
Onde: C = calor específico.
Enquanto o trabalho (W) de expansão
de um gás é uma forma de transferência de
energia que ocorre quando há um movimento
contra uma força de oposição.
Em termos de cálculo, quando W
assume valores menores que zero,
considera-se que o trabalho foi realizado pelo
sistema e sua variação de volume é positiva,
diminuindo sua energia. Por outro lado,
quando W é positivo, foi realizado um
trabalho sobre sistema e sua variação de
volume é positiva, aumentando sua energia.
Além disso, o máximo de trabalho de
expansão que um gás pode realizar, é
correspondida pela seguinte fórmula.
𝑊 = − 𝑛 × 𝑅 × 𝑇 × 𝑙𝑛
𝑉
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑉
𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Onde: n = número de mol.
R= constante universal dos gases
ideais, aproximadamente 8,31.
Energia interna (U)
Esta é uma função de estado que
indica a energia total média das moléculas de
um sistema.
∆𝑈 = 𝑄 + 𝑊
Entalpia (H)
Esta representa o calor trocado à
pressão constante.
∆𝐻 = ∆𝑈 + 𝑃 × ∆𝑉
Termoquímica
Para substâncias em sua forma
alotrópica mais estável, a entalpia de
formação padrão( °) é igual a zero.∆𝐻
Visto que a entalpia é uma função de
estado, sua variação depende apenas dos
estados inicial e final da reação,
independente do número de reações. Esta é
calculada por meio da Lei de Hess.
∆𝐻°
𝑅𝐸𝐴ÇÃ𝑂
= Σ𝑛∆𝐻°
𝑃𝑅𝑂𝐷𝑈𝑇𝑂𝑆
− Σ𝑛∆𝐻°
𝑅𝐸𝐴𝐺𝐸𝑁𝑇𝐸𝑆
= calor liberado na∆𝐻°
𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇Ã𝑂
queima de 1 mol ( ).∆𝐻°
𝐶
< 0
= energia necessária para∆𝐻°
𝐿𝐼𝐺𝐴ÇÃ𝑂
quebrar 1 mol de ligações ( ).∆𝐻°
𝐿
> 0
2
Perfis reacionais
2ª lei da termodinâmica
Espontaneidade
Um processo é espontâneo na direção
em que uma energia se espalha por um lugar
maior(desordem molecular).
A entropia (S) é uma função de estado
que quantifica a desordem molecular de um
sistema. De forma que, todo processo que
ocorre com o aumento de entropia total é
espontâneo.
∆𝑆 = ∆𝑆
𝑆𝐼𝑆𝑇𝐸𝑀𝐴
+ ∆𝑆
𝑉𝐼𝑍𝐼𝑁𝐻𝐴𝑁Ç𝐴𝑆
Em processos à temperatura constante,
∆𝑆
𝑆𝐼𝑆𝑇𝐸𝑀𝐴
=
𝑄
𝑅𝐸𝑉
𝑇
onde, QREV= calor trocado de forma
reversível.
Quando ocorre variação de
temperatura,
∆𝑆 = 𝐶 × 𝑙𝑛
𝑇
2
𝑇
1
Com variação de volume, isotérmica e
reversível,
∆𝑆 = 𝑛 × 𝑅 × 𝑙𝑛
𝑉
2
𝑉
1
( )
3ª lei da termodinâmica
S°f= entropias padrão de formação das
substâncias.
∆𝑆°
𝑅𝐸𝐴ÇÃ𝑂
= Σ𝑛∆𝑆°
𝑃𝑅𝑂𝐷𝑈𝑇𝑂𝑆
− Σ𝑛∆𝑆°
𝑅𝐸𝐴𝐺𝐸𝑁𝑇𝐸𝑆
∆𝑆
𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
= ∆𝑆
𝑆𝐼𝑆𝑇𝐸𝑀𝐴
− ∆𝑆
𝑉𝐼𝑍𝐼𝑁𝐻𝐴𝑁Ç𝐴𝑆
Energia Livre de Gibbs (G)
∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇 × ∆𝑆
Esta é uma função de estado que
permite avaliar a espontaneidade sem a
entropia.
Para determinar a temperatura de
espontaneidade,
𝑇
𝑒𝑞.
= ∆𝐻∆𝑆
Reação endotérmica: ∆𝐻 > 0
Reação exotérmica: ∆𝐻 < 0
Processo espontâneo: ∆𝐺 < 0
Processo adiabático: e𝑄 = 0 ∆𝑈 = 𝑊
Processo isovolumétrico:
e𝑊 = 0 ∆𝑈 = 𝑄