Introdução à Termodinâmica

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21/10/2013
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Termodinâmica
Aula 1
Físico-Química
Prof. Renata Mello Giona
• Reações químicas �
Energia dos produtos < Energia dos reagentes � energia 
liberada;
Energia dos produtos > Energia dos reagentes � energia 
absorvida;
• Energia � Calor ou trabalho mecânico
(Formas de energia em trânsito)
Termodinâmica
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Sistema e vizinhanças
Termodinâmica
Sistema e vizinhanças
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A primeira Lei da 
Termodinâmica
∆U = q + w
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energia transferida como calor
Variação de energia
Trabalho 
feito pelo 
sistema
Conservação da energia!
q = quantidade de calor absorvida por um sistema (J ou kJ)
q > 0 � sistema ganha calor (q é positivo) � endotérmico
q < 0 � sistema perde calor (q é negativo) � exotérmico
Trabalho de expansão
Trabalho mecânico é realizado quando um objeto se 
movimenta contra uma força oposta.
w = quantidade de trabalho realizado sobre o sistema (+).
Quando o sistema realiza trabalho sobre a vizinhança (-)
Trabalho de expansão
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• Suponha que um gás sofre expansão de 500 mL
contra uma pressão de 1,20 atm. Qual foi o
trabalho realizado na expansão?
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Expansão isotérmica reversível
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� = −���	��
	
	�
• Calcule o trabalho realizado quando 50,0 g de Fe dissolve 
em HCl em :
• (a) Recipiente fechado, de volume fixo;
• (b) Béquer aberto, sob 1 atm e a 25oC.
Fe(s) + 2 HCl(aq) ���� FeCl2(aq) + H2(g)
Calor - Capacidade calorífica
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� =	
∆�
�� =	
�
�
�� =	
�
�
Capacidade calorífica: quantidade de calor necessária para
elevar a temperatura de um sistema em 1oC.
Quando expressa por mol: capacidade calorífica molar
(J(oCmol)-1)
A volume constante� ∆U = q
�	 = (
��
��
)v
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Medidas de calores de Reação
CALORIMETRIACALORIMETRIA
Bomba calorimétrica de Volume Constante:
• Queima amostras combustíveis.
• Mede o calor envolvido na reação.
• Deriva ∆U para a reação.
O calor da reação aquece a água
qwater = nC∆T
O calor da reação aquece a bomba
qbomba = (capacidade calorífica, 
J/K)(∆T)
Calor total envolvido = qtotal = qágua + qbomba
•Uma amostra de 15,0 g de ouro (capacidade calorífica 25,4
Jmol-1oC-1) é aquecida de 16,1 oC para 49,3 oC. Na hipótese de
que a capacidade calorífica do ouro seja constante neste
intervalo, calcule a quantidade de calor absorvida pelo ouro.
•Uma amostra de 0,828 g de metanol é colocada numa bomba
calorimétrica com uma quantidade de gás oxigênio (sob
pressão) suficiente para assegurar a combustão completa. O
calorímetro contém 1,35 kg de água, e a capacidade calorífica
do interior do calorímetro (sem água) é 1,06 kJoC-1.
Quando o metanol queima, a temperatura aumenta de 23,10
para 25,90oC. Qual é o calor molar de combustão do metanol?
(Quanto calor é liberado durante a combustão de 1,00 mol de
metanol?)
Dado: capacidade calorífica molar da água = 75,3 JoC-1mol-1
Calorimetria e capacidade calorífica
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Capacidade calorífica é uma
propriedade extensiva ���� objeto maior
capacidade calorífica que o menor, se
feitos do mesmo material.
Energia interna
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-q+q
SistemaSistema
∆U = q + w∆U = q + w
+w -w
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Um mol de gás ideal, contido em um recipiente de 2,00 L, a 3,00 atm e 
292 K, expande para 8,00 L e pressão final de 1,20 atm.
Calcule o trabalho realizado, o calor transferido e a variação de 
energia interna para:
(a) Expansão isotérmica reversível;
(b) Processo em duas etapas, com:
b1. resfriamento a volume constante até atingir pressão de 1,20 atm e 
b2. aquecimento com expansão contra pressão constante a 1,20 atm
até que o volume seja 20,00 L e T=292 K.
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Processos adiabáticos
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