TERMOQUIMICA

TERMOQUIMICA

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Termoquímica
Segunda Lei · Funções do Sistema 
Universidade Federal do Pará
Instituto de Ciências Biológicas
Faculdade de Biotecnologia · Engenharia de Bioprocessos
Professor Ricardo Jorge Amorim de Deus · Físico-química
 ANDRÉ DA LUZ FREITAS
 JONAS CUNHA DA SILVA
 LUÍS EDUARDO DE OLIVEIRA TEIXEIRA
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| TERMOQUIMICA
A Termoquímica é o estudo do calor trocado quando ocorrem reações químicas. É um ramo da termodinâmica , pois o vaso de reação e seu conteúdo constituem um sistema, e há troca de energia entre o sistema e as suas vizinhanças (energia).
Endotérmico: reação absorve calor das vizinhanças. \u394H>0 a pressão constante.
Exotérmico: reação libera calor para vizinhança. \u394H<0 a pressão constante.
| VARIAÇÃO DE ENTALPIA PADRÃO
A entalpia padrão de transição é igual ao calor trocado a pressão constante 	durante a transição.
Uma equação termodinâmica é uma equação química acompanhada de sua variação de entalpia correspondente.
A lei de Hess estabelece que a entalpia padrão de uma reação global é a soma das entalpias padrão das reações individuais nas quais as reações podem ser dividida. 
\u394H é a variação da entalpia num processo em que as substâncias, no estado inicial e final, estão nos respectivos estado-padrão. 
| ENTALPIA PADRÃO DE FORMAÇÃO
(a) A entalpia padrão de reação é expressa como a diferença entre as entalpias padrão de formação dos produtos e dos reagentes.
(b) A modelagem computacional é usada para estimar entalpia-padrão de formação.
 \u394H de uma substância é a entalpia padrão de formação do composto a partir dos respectivos elementos, cada qual no seu estado de referência.
Estado de referência de um elemento é seu estado mais estável, numa certa temperatura, sob pressão de 1 bar.
| DEPENDÊNCIA DA ENTALPIA DE REAÇÃO COM A TEMPERATURA
A dependência de entalpia de uma reação com a temperatura é expressa pela lei de kirchhoff.
Onde
A capacidade calorífica molar a pressão constante é:
Nas condições-padrão, cada qual ponderada pelo coeficiente estequiométrico correspondente na equação química.
| LEI DE KIRCHHOFF 
Quando a temperatura se eleva, as entalpias dos produtos e dos reagentes também aumentam, mas numa extensão diferente. Em cada caso, a variação de entalpia depende da capacidade calorifica das substâncias. As diferenças da entalpia da reação reflete as diferenças de entalpia.
Na segunda lei, define-se que não é possível um processo que tenha como único resultado a absorção de calor de um reservatório térmico e a sua completa conversão em trabalho (Enunciado de Kelvin).
É impossível construir um dispositivo que transfira, sem gasto de energia, calor de um corpo mais frio para outro corpo mais quente (Enunciado de Clausius).
Tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas.
| A SEGUNDA LEI
Exemplo:
Figura demonstra um processo onde ocorre a total conversão de calor em trabalho, não ocorrendo qualquer outra mudança além dessa transformação.
No caso, esse sistema viola a segunda lei, pois nas máquinas térmicas existe sempre uma parcela de energia na forma de calor que é rejeitada e não é convertida em trabalho.
Assim, é impossível construir um motor onde calor é transferido de um reservatório quente e completamente convertido em trabalho. Todos os motores reais possuem uma fonte de calor e um reservatório frio, e algum calor é sempre perdido nesse último e não é transformado em trabalho
| A SEGUNDA LEI
O que determina o sentido da mudança espontânea?
Não é a energia total do sistema isolado. A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia se conserva em qualquer processo e não podemos esquecer desta lei e afirmar que os sistemas tendem para um estado de energia mínima \u2013 na realidade a energia de um sistema isolado é constante. 
Então, a energia do próprio sistema tenderia para um mínimo? 
Dois exemplos mostram que não deve ser esta razão da evolução. Um gás perfeito se expande espontaneamente no vácuo e nesta expansão a sua energia interna se mantém constante. Depois, se a energia de um sistema diminui, por hipótese, numa mudança espontânea, a energia das vizinhanças do sistema aumenta da mesma grandeza (pela primeira lei da termodinâmica). Assim, o aumento da energia das vizinhanças é tão espontâneo quanto a diminuição da energia do sistema.
Quando ocorrem mudanças, a energia total de um sistema isolado se mantém constante, mas se redistribui de diferentes maneiras. Dessa forma, o sentido das mudanças espontâneas está relacionado com a redistribuição de energia e são sempre acompanhadas pela dispersão mais desordenada da energia.
| O SENTIDO DA MUDANÇA ESPONTÂNEA
 Em geral, durante uma mudança espontânea em um sistema isolado, a energia total é dispersada no movimento térmico das partículas do sistema.
| DISPERSÃO DE ENERGIA
Exemplo prático: uma bola (o sistema) que quica sobre uma superfície (as vizinhanças). Em cada pulo a bola não sobe tão alto quanto no anterior, pois há perdas inelásticas na colisão entre a bola e a superfície. A energia cinética do movimento da bola se converte em energia de agitação térmica dos átomos da bola e da superfície. O sentido da mudança espontânea leva a bola ao estado em que ela esta em repouso, com toda a sua energia cinética inicial dispersada no movimento térmico aleatório das moléculas do ar e dos átomos da superfície virtualmente infinita. 
Aparentemente a sinalização do sentido da mudança espontânea: é a mudança que leva a uma dispersão caótica maior da energia total do sistema isolado. É este o sentido da mudança na bola que quica sobre uma superfície, pois a energia cinética se dissipa como movimento térmico dos átomos da superfície. O processo inverso não é espontâneo, pois é muito improvável que a distribuição caótica da energia se organize na energia localizada de um movimento.
 
| DISPERSÃO DE ENERGIA
Bola em repouso sobre uma superfície quente
Para que a bola suba no ar, parte do movimento aleatório de vibração teria que se transformar em movimento organizado, dirigido. (Paradoxo de Boltzmann: poderia acontecer!)
A grandeza termodinâmica denominada entropia, simbolizada pela letra S, está relacionada ao grau de organização de um sistema. Assim, a entropia atua como um sinalizador da mudança espontânea.
Quanto maior a desordem do sistema, maior a entropia.
Quanto a variação de Entropia
| ENTROPIA
(a) Definição termodinâmica da Entropia: A variação de entropia é definida em termos da troca de calor (qrev = energia de forma reversível com o calor; T = temperatura). 
| ENTROPIA
(b) Interpretação Estatística da Entropia: As entropias solutas são definidas em termos do número de modos de alcançar uma configuração (a fórmula de Boltzmann). Onde 
| ENTROPIA
(c) Entropia com uma função de estado: O ciclo de Carnot é usado para provar que a entropia é uma função de estado.
(d) A temperatura termodinâmica: A eficiência de uma maquina térmica é a base da escala de temperatura termodinâmica e uma concretização dela, a escala Kelvin.
(e) Desigualdade de Clausius: Usada para mostrar que a entropia aumenta em uma mudança espontânea e, portanto, que a definição de Clausius é consistente com a segunda lei.
Expansão: A entropia de um gás perfeito aumenta quando o gás se expande isotermicamente.
 
| VARIAÇÃO DE ENTROPIA EM ALGUNS PROCESSOS
(b) Transição de fase: A variação de entropia que acompanha uma mudança de estado de uma substância na sua temperatura de transição.
(c) Aquecimento: O aumento de entropia quando uma substância é aquecida é expresso em termos de sua capacidade calorífica.
(d) A medida da entropia: A entropia de uma substância a uma dada temperatura é determinada pela medida de sua capacidade calorífica de T=0 até a temperatura de interesse, permitindo-se as transições de fase na faixa de temperatura considerada
 
| VARIAÇÃO DE ENTROPIA EM ALGUNS PROCESSOS
Teorema do calor
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