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PRIMEIRA LISTA DE QUESTÕES 16/03/16- FÍSICO-QUÍMICA IV 2016 PROF: EMILIO BORGES 1-Discuta em detalhes as quatro leis da termodinâmica. Qual a interpretação física e a importância de cada uma das leis? Quais as funções de estado são definidas em cada lei? 2-O que são processos reversíveis e irreversíveis de acordo com a Termodinâmica? 3- Qual a dificuldade em se utilizar a segunda lei da termodinâmica para definir se uma reação química ocorrerá espontaneamente ou não? Como contornar esse problema? 4-Por que são necessárias leis de probabilidade para descrever moléculas em um sistema termodinâmico? 5-Qual a interpretação da teoria cinética molecular para as leis de Boyle e de Charles? 6-Qual o significado e a importância das distribuições de Boltzmann e de Maxwell-Boltzmann? Quais os conceitos moleculares estão relacionados a essas funções? 7-Qual a importância do princípio da eqüipartição da energia? Quais suas limitações? 8-Discuta o colapso da equipartição da energia com base na lei de Dulong-Petit e a correção de Einstein. 9-O que é temperatura? Quais as possíveis interpretações para temperatura? Existem temperaturas absolutas negativas? Explique. 10-Uma amostra com cinco moléculas distinguíveis tem a energia total 5ε. Cada molécula pode ocupar estados de energia εj, com j=0,1,2,... Organize uma tabela com a energia dos estados e todas as configurações compatíveis com a energia total. Calcule os pesos de cada configuração e identifique as configurações mais prováveis. 11-A distribuição de Boltzmann pode ser escrita de uma forma genérica como 2 2( ) mv RTP v Ce . Para um conjunto de partículas se movimentando caoticamente confinadas em uma região do espaço de volume V a velocidade v de uma determinada partícula será a mesma em todas as direções e um elemento diferencial para o volume será 2dV 4 v dv . Calcule a constante C e multiplique o valor de ( )P v obtido por 24 v (área definida para a geometria esférica do problema); obtenha assim a distribuição de Maxwell-Boltzmann. 12- A teoria cinética foi certa vez criticada em seus fundamentos, pois deveria se aplicar do mesmo modo à moléculas ou batatas. Calcule a velocidade média a 25ºC de uma batata pesando 100g. Admitindo a ausência do campo gravitacional terrestre, quanto tempo levaria uma batata para se deslocar por um metro? 13-Calcular a velocidade média quadrática, a velocidade média, a velocidade mais provável e a energia cinética média de uma molécula de oxigênio a 300K e a 500K. Refaça os cálculos para uma molécula de hidrogênio e compare os resultados. 14-Calcule as populações relativas dos estados de um sistema com dois níveis de energia quando a temperatura for extremamente elevada. 15-A que temperatura a população do primeiro estado excitado de vibração da molécula de HCl seria igual a 0.4 vezes a população do estado fundamental? 16-a) Calcular a razão entre as funções de partição de translação do D2 e do H2 num vaso com 2,00 cm3 de volume a 300 e 600K. b) Calcular a função de partição de translação de uma molécula de gás de massa molar 120 gmol-1 nas mesmas condições de temperatura e volume. 17-Uma molécula tem um estado excitado não-degenerado a 540cm-1 acima do estado fundamental não-degenerado. A que temperatura 10% das moléculas estarão no estado mais alto? 18-O spin do elétron pode ter uma de duas orientações num campo magnético e as respectivas energias são BB em que B é o magnéton de Bohr. a) Deduzir a expressão da função partição e estimar a energia média do elétron com base nessa partição b) Calcular a razão entre as populações dos dois estados do spin a 4 K e 298 K para um campo magnético 1,0B T . 19-Seja um sistema de partículas distinguíveis com apenas dois níveis de energia, não degenerados, separados por uma energia igual a kT a 10 K. Calcular: a) A razão entre as populações nos dois estados a 1, 10 e 100 K; b) a função de partição molecular, a energia molar, a capacidade calorífica molar e a entropia molar. 20-Seja um sistema A constituído pelos subsistemas A1 e A2 para os quais W1= 1x1020 e W2=2x1020. a) Qual o número de configurações possíveis para o sistema combinado? b) Calcular as entropias S, S1 e S2. Qual o significado desse último resultado obtido? 21-Obter expressões para as propriedades Termodinâmicas, U,Cv, CP , S, A,G,μ,H,P a partir da função partição molecular.
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