PRIMEIRA LISTA DE EXERICIOS FQIV 2016/1

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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.