2 Lei da Termodin mica

Prévia do material em texto

2ª LEI DA TERMODINÂMICA
Profª Tatiana Marques
Profª Tatiana Marques
Introdução
 TERMODINÂMICA QUÍMICA: parte da química que estuda as
relações entre energias.
 Vamos agora estudar a 2ª Lei da Termodinâmica, mas para
podermos entender melhor é necessário estudar um pouco
mais sobre a termodinâmica química.
 REVISANDO: a primeira lei da termodinâmica trata sobre a
conservação da energia, ou seja, a energia pode ser
trocada entre o sistema e a vizinhança, de modo que a
energia total permanece constante.
Profª Tatiana Marques
CLASSIFICANDO OS PROCESSOS
 ESPONTÂNEOS: são processos nos quais verifica-se a
conservação de energia e que ocorrem SEM A
INTERVENÇÃO de agentes externos.
 Exemplo 1: A queda de um ovo e consequente quebra
trata de um processo processo espontâneo espontâneo; já
o processo processo inverso inverso não é espontâneo
espontâneo.
 Exemplo 2: O processo endotérmico da fusão do gelo sob
pressão atmosférica ocorre espontaneamente a T > 0ºC; já
o processo de congelamento nessas temperaturas não é
espontâneo.
 DESSE MODO VERIFICA-SE QUE A ESPONTANEIDADE DE UM
DADO PROCESSO DEPENDE DA TEMPERATURA.
Profª Tatiana Marques
ENTROPIA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
 Estudamos até aqui sobre os processos químicos e como
eles ocorrem espontaneamente: os gases por exemplo, se
expandem para ocupar um espaço vazio.
Observemos a figura abaixo:
Profª Tatiana Marques
ENTROPIA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
 Na figura analisada percebe-se que existe diferença
quanto a distribuição das moléculas., ou seja, verifica-se
que num segundo momento existe uma desordem do
sistema. A função termodinâmica que representa a
desordem de um determinado sistema é a entropia (S).
 Então quanto maior a desordem de um certo sistema,
maior a sua entropia. A entropia, assim como a energia
interna, é uma função de estado e, consequentemente, só
podemos avaliar a sua variação ∆S durante um processo.
 A variação da entropia de um sistema é dada pela
seguinte expressão: ∆S = Sf -Si Profª Tatiana Marques
ENTROPIA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
EM RESUMO:
Profª Tatiana Marques
ENTROPIA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
EXERCÍCIOS:
 Considere as supostas variações de entropia (ΔS) nos processos
abaixo:
I. cristalização do sal comum (ΔS > 0)
II. sublimação da naftalina (naftaleno) (ΔS > 0)
III. mistura de água e álcool (ΔS < 0)
IV. ferro (s) ferro (l) (ΔS > 0)
V. ar comprimido (ΔS < 0)
As variações de entropia indicadas nos processos que estão
corretas são:
a) I, III e IV. c) II, III e V. e) II, IV e V.
b) III, IV e V. d) I, II e IV.
Profª Tatiana Marques
ENTROPIA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
EXERCÍCIOS:
 Qual é a variação de entropia (ΔS) da reação:
H2(g) + I2(g) → 2 HI(g)
a 25 °C, sabendo que, nessa temperatura, as entropias-
padrão são: H2(g): 31,2 cal/K.mol; I2(g): 27,9 cal/K.mol; HI(g): 
49,3 cal/K.mol:
a) 93,5 cal/K.mol
b) 39,5 cal/K.mol
c) 59,3 cal/K.mol
d) 35,9 cal/K.mol
e) 53,9 cal/K.mol Profª Tatiana Marques
Resolução: Letra b).
Para resolver essa questão, devemos
utilizar a fórmula da variação da
entropia, lembrando que, como o HI
apresenta 2 mol na equação, temos
que multiplicar seu valor por 2.
ΔS = Sp – Sr
ΔS = (2.49,3) – (31,2 + 27,9)
ΔS = 98,6 – 59,1
ΔS = 39,5 cal/K.mol
ENERGIA LIVRE DE GIBB’S
 A espontaneidade de uma reação envolve o aumento da
entropia do universo. Contudo, ela também está ligada a
uma grandeza chamada energia livre de Gibb’s (G). A
espontaneidade de uma reação envolve dois conceitos
termodinâmicos: ENTROPIA E ENTALPIA.
 De modo que, escreve-se:
G = T.S
 Em um processo isotérmico, a variação da energia livre é
dada por:
∆G = ∆H – T. ∆ S
Profª Tatiana Marques
ENERGIA LIVRE DE GIBB’S
 O sinal de ∆G informa sobre a espontaneidade dos
processos que ocorrem a temperatura e pressão
constantes. De modo que se pode resumir da seguinte
maneira:
 1. Se ∆G for negativa, a reação é espontânea no sentido
DIRETO;
 2. Se ∆G = 0, a reação está no equilíbrio;
 3. Se ∆G for positiva, a reação no sentido direto NÃO É
ESPONTÂNEA. Logo, a reação no sentido INVERSO é
espontânea. Profª Tatiana Marques
Profª Tatiana Marques
 Entropia padrão (S0) e energia livre padrão (∆G0) : Para que
se possa registrar os valores padrões dessas grandezas é
utilizada a seguinte condição: Temperatura a 25°C e pressão
a 1 atm. Dessa forma, podemos prever se uma dada reação
química é espontânea. A variação de entropia é dada por:
∆S = SP -SR 
 Em que SP é a soma das entropias padrão dos produtos e SR a
dos reagentes. Para o cálculo da energia livre, utiliza-se a
equação já vista: ∆G = ∆H – T ∆S
 Importante: A entropia é considerada zero para qualquer
substância no zero absoluto (3ª Lei da Termodinâmica). A
condição S = 0 corresponde à ordem perfeita.
Profª Tatiana Marques
 Para o cálculo da energia livre padrão pode-se ainda utilizar
o seguinte método:
 Em que o primeiro termo da subtração refere-se ao somatório
das energia livres padrões dos produtos, considerando o
número de mols empregados na reação e o segundo do termo
dos reagentes.
EXERCÍCIO: Determinar a energia livre padrão na seguinte
reação a 298K.
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
Profª Tatiana Marques
 Para o cálculo da energia livre padrão pode-se ainda utilizar
o seguinte método:
 Em que o primeiro termo da subtração refere-se ao somatório
das energia livres padrões dos produtos, considerando o
número de mols empregados na reação e o segundo do termo
dos reagentes.
EXERCÍCIO: Determinar a energia livre padrão na seguinte
reação a 298K.
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
Exercício
 Uma reação química apresentou, a 27°C, uma variação de 
entalpia igual a -224,52 kcal e uma variação de entropia igual a 
1,5cal/ K.mol. A variação da energia livre de Gibbs para essa 
reação é:
a)-674,52 cal/mol 
b)-674,52 kcal/mol 
c) -224,97 kcal/mol 
d) -224,97 cal/mol 
e) 674,52 kcal/mol .
Profª Tatiana Marques
Resolução: 27°C = 300k
1,5cal/ K.mol = 0,0015kcal/mol
G = H- TS
G = -224,52 - (300 . 0,0015)
G = -224,52 - 0,45
G = -224,97 kcal/mol.