Termodinâmica: Estudo da Energia e suas Transformações

Prévia do material em texto

Professora Michelle Porto Marassi 
TERMODINÂMICA 
1.INTRODUÇÃO 
Aquisição e utilização de energia 
Estudo da energia e seus efeitos sobre a matéria 
TERMODINÂMICA 
Therme 
Calor 
Dynamis 
Energia 
 Definição 
 Objetivo 
• Estudo da relação entre calor e outras formas de energia 
• Deve relacionar-se com energia em todas as suas manifestações 
• Estudo da transformação de energia em trabalho, e vice-versa, nas 
diferentes formas – mecânica, térmica, elétrica, etc. 
A termodinâmica abrange toda e qualquer 
mudança que ocorre no Universo 
• Estudar conjuntos de matéria e energia (sistemas) 
2.SISTEMAS E AMBIENTE 
• É uma porção definida do espaço 
 É um conjunto de matéria e energia 
 Sistema 
 Ambiente ou entorno 
• É tudo que envolve o sistema, e com ele se relaciona 
 Não tem limite 
 
» Sistemas fechados → trocam Energia e Trabalho com o 
ambiente 
 
» Sistemas abertos → trocam Energia, Trabalho e Matéria 
com o ambiente 
 
» Sistemas isolados → insulado de seu meio circundante e é 
completo tanto material quanto energeticamente 
 
 
 
 
 
» Sistemas contínuos → não limitado fisicamente 
 
» Sistemas descontínuos → limitado 
3.PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 
Descreve a conservação da energia 
• Energia não pode ser criada ou destruída, mas convertida de uma 
forma em outra 
A Energia do Universo é constante 
* Representação da 1a Lei da TD 
Energia Intrínseca - U 
É possível medir a ∆U ∆U = Ufinal - Uinicial 
∆U = q - W 
• Toda transformação de energia se acompanha de produção de 
Energia térmica (calor) 
Trabalho realizado pela expansão de um gás = P.∆V 
qp → Variação de calor à pressão constante 
∆U = qp - P.∆V 
∆U + P.∆V = qp 
Atributo maior que sua U 
Entalpia - H 
∆H = ∆U + P.∆V 
• É o conteúdo de calor de um sistema 
 Aparece sempre como uma mudança de entalpia (ΔH) 
 Entalpia (H) 
» Entalpia de formação (ΔHf) – na síntese de compostos 
» Entalpia de solução (ΔHs) – quando uma substância é dissolvida 
» Entalpia de reação (ΔHr) – quando uma reação acontece 
Há uma Entalpia para cada mudança que ocorre no Universo 
Quando a mudança libera calor  Exotérmica e o sinal de ΔH é - 
Quando a mudança absorve calor  Endotérmica e o sinal de ΔH é + 
4.SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 
Descreve a transferência da energia 
• Energia, espontaneamente, sempre se desloca de níveis mais altos 
para níveis mais baixos 
• Também julga a espontaneidade de uma reação 
Energia livre – G 
Expressar o potencial máximo de um sistema para realizar W 
* Representação da 2a Lei da TD 
• É possível, com a realização 
de trabalho, transferir 
Energia (Matéria) de nível 
mais baixo para nível mais alto 
* Inversão da 2a Lei da TD 
• 1a Lei da TD – A Energia está em constante movimento (realizando trabalho) 
• 2a Lei da TD – A Energia somente vai de lugares + altos para + baixos 
Todo sistema que realizou trabalho tem sua Energia diminuída 
Entropia – S 
Qualidade de Energia incapaz de realizar trabalho 
• A Entropia do Universo tende ao máximo 
• Organização e conteúdo de informação 
• Toda transformação é acompanhada de uma mudança de Entropia (ΔS) 
Sempre no sentido de aumento global da Entropia 
 Entropia (S) 
» Entropia negativa (-ΔS) – significa diminuição 
Quantidade de Entropia = TΔS 
» Entropia positiva (+ΔS) – significa aumento 
• Entropia  com elevação da temperatura 
 da fase sólida para líquida, e é ainda  na fase gasosa 
• Energia capaz de realizar Trabalho a volume e pressão constantes 
 Energia Livre (ΔG) 
Energia livre = (Entalpia) – (Entropia) 
 ΔG = ΔH - TΔS 
Processos ou mudanças que desprendem ΔG  Exergônicos (energia para fora) 
Processos ou mudanças que absorvem ΔG  Endergônicos (energia para dentro) 
ΔG = 0  Reação em equilíbrio dinâmico, com o mínimo de Energia 
 e o máximo de Entropia 
- ΔG 
+ ΔG 
5.REAÇÕES ESPONTÂNEAS 
• Reação com –ΔG  ocorre espontaneamente 
 
(1) A + B = C + D ΔG = -7 (libera 7 kcal) 
• Reação com +ΔG  só ocorre se receber energia do ambiente 
 
 (2) D + E = F + G ΔG = +3 kcal 
Como ΔG = ΔH – TΔS 
 
 Se  entropia,  a energia livre =  a espontaneidade 
Acoplamento de reações 
• A reação (1) começa a ocorrer, e antes que ela termine, se inicia a 
reação (2), usando um dos produtos da reação (1) 
Exemplo: Reação entre fosfoenolpiruvato e a adenosina difosfato 
 (PEP) (ADP) 
(1) PEP + H2O ↔ Piruvato + Pi ΔG°1 = -62 kJ.mol-1 
(2) ADP + Pi ↔ ATP + H2O ΔG°2 = +30,5 kJ.mol-1 
(3) PEP + Pi ↔ Piruvato + ATP ΔG°3 = +31,5 kJ.mol-1 
• Toda reação que ocorre nos 2 sentidos, é espontânea em um e 
provocada no outro: 
A + B = C + D 
Sentido espontâneo 
Sentido provocado 
(-ΔG) 
(+ΔG) 
* Valores de ΔG e Propriedades das Reações 
6.ΔG, ΔG°, K e ΔG°’ 
ΔG 
 
• Depende das condições experimentais 
ΔG° 
 
• É a medida da Energia livre em condições padronizadas 
ΔG = ΔG° + RT ln K 
K = 
[produtos] 
[reagentes] 
No equilíbrio ΔG = 0, então: 
 
ΔG° = - RT ln K 
ΔG°’ 
 
• É o valor padrão para pH ≠ 0 
(biologia → pH = 7) 
[ ] 1 molal 
25°C 
1 atm 
pH = 0 
ΔG = ΔG° + RT ln P/R 
7.EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO & 
 ESTADO ESTACIONÁRIO 
 Sistemas fechados atingem equilíbrio dinâmico com o ambiente, em 
 calor ou trabalho ΔG = 0 
 Não há trabalho 
* Sistema fechado: com o tempo, atinge equilíbrio térmico com o ambiente 
 Sistemas abertos atingem estado estacionário 
Se caracteriza pela equivalência entre o que sai e o que entra no sistema 
Composição interna do sistema se mantém constante 
» Sistemas abertos atingem estado estacionário 
 ΔG ≠ 0 
 Exige trabalho permanente 
* Sistema aberto: o que entra deve ter nível entrópico menor do que o que sai 
FIM