Termodinâmica e Termoquímica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Disciplina: Química I
Professora: Jéssica Aline Santos Lemos
Sistemas e Vizinhanças
Sistema aberto ou fechado : Sistema isolado :
TRABALHO (): É o movimento contra uma força oposta;
dF 
Unidade de trabalho: Joule (J) = 1kg.m2.s-2
Redução da Energia
Trabalho
W < 0
Aumento da Energia
Trabalho
W > 0
Trabalho, energia e calor
ENERGIA: É a capacidade de um sistema efetuar trabalho;
U (Energia Interna): É a energia total de um sistema;
U
Trabalho, energia e calor
Trabalho de expansão
Vp 
1Pa. m3 = 1 kg. m2.s-2 = 1 J
1L . atm = 101,325 J
Calor (q): É o fluxo de energia movida por uma diferença de
temperatura;
qU 
Adiabático Diatérmico
(a) Processo endotérmico num sistema com fronteiras adiabáticas
(b) Processo exotérmico num sistema com fronteiras adiabáticas
(c) Processo endotérmico num sistema com fronteiras diatérmicas
(d) Processo exotérmico num sistema com fronteiras diatérmicas
Trabalho, energia e calor
Calor é a transferência de energia que se aproveita do
movimento caótico das moléculas (movimento térmico)
como calor é uma variável do sistema não podemos
dizer que o sistema possui calor. O calor é considerado
como energia térmica em transito.
Calor e o movimento atômico
Redução da Energia
Calor
q < 0
Aumento da Energia
Calor
q > 0
Medidas de Calor – Capacidade Calorífica
A quantidade de energia necessária para aumentar a
temperatura de um objeto (em 1 grau).
T
q
C

 TCq 
C = Capacidade Calorífica;
q = Calor;
T = Variação de temperatura;
m
m
CnC
n
C
C


TnCq m
• A energia interna de um sistema pode ser alterado pelo trabalho
efetuado sobre o sistema ou pelo aquecimento do mesmo;
• Se um sistema estiver isolado das suas vizinhanças não haverá
alteração da energia interna;
Primeira lei da termodinâmica
 qU
Exercício
Um motor de automóvel realiza 520 kJ de
trabalho e perde 220 kJ de energia na forma de
calor. Qual é a variação da energia interna do
motor?
w = - 520 kJ
q = - 220 kJ
ΔU = q + w Δ U=- 220 kJ+(-520 kJ)= - 740 kJ
• Conceito: Mede a quantidade de calor liberada ou absorvida
pelo sistema.
• Na química estamos mais interessados em estudar sistemas a
pressão constante.
Entalpia e a Termoquímica
pVUH 
pqH 
• Estado padrão: é a sua forma mais pura
encontrada em exatamente 1,0 bar.
“As entalpias padrão de reação indicam reações nas
quais os reagentes e os produtos estão em seus
estados padrão, sendo normalmente registradas na
temperatura de 298 K, (Hº).”
Entalpias padrão da reação
“ A entalpia total da reação é a soma das entalpias
de reação das entalpias em que a reação pode ser
dividida”.
Lei de Hess
Exercícios
1- Um passo do processo de produção de ferro metálico, Fe(s), é a redução do
óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO).
FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g) ∆H = x ∆H = -17 kJ
Utilizando as equações termoquímicas abaixo e baseando-se na Lei de Hess,
assinale a alternativa que indique o valor mais próximo de “x”:
Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) ∆H = -25 kJ
3 FeO(s) + CO2(g) → Fe3O4(s) + CO(g) ∆H = -36 kJ
2 Fe3O4(s) + CO2(g) → 3 Fe2O3(s) + CO(g) ∆H = +47 kJ
2- Dadas as seguintes equações termoquímicas:
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(ℓ) ∆H = -571,5 kJ
N2O5(g) + H2O(ℓ) → 2 HNO3(ℓ) ∆H = -76,6 kJ
½ N2(g) + 3/2 O2(g) + ½ H2(g) → HNO3(ℓ) ∆H = -174,1 kJ
Baseado nessas equações, determine a alternativa correta a respeito da
formação de 2 mols de N2O5(g) a partir de 2 mols de N2(g) e 5 mols de O2(g):
a) libera 28,3 kJ
b) absorve 28,3 kJ.
c) libera 822,2 kJ.
d) absorve 822,2 kJ.
e) absorve 474 ,0 kJ.
3- O “besouro bombardeiro” espanta seus predadores expelindo uma solução quente.
Quando ameaçado, em seu organismo ocorre a mistura de soluções aquosas
de hidroquinona, peróxido de hidrogênio e enzimas, que promovem uma reação
exotérmica, representada por:
C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H2O(l)
O calor envolvido nessa transformação pode ser calculado, considerando-se os
processos:
C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ΔH = +177 kJ . mol
-1
H2O(l) + ½ O2(g) → H2O2(aq) ΔH = +95 kJ . mol
-1
H2O(l) → ½ O2(g) + H2(g) ΔH = +286 kJ . mol
-1
Assim sendo, o calor envolvido na reação que ocorre no organismo do besouro é:
a) -558 kJ . mol-1
b) -204 kJ . mol-1
c) -177 kJ . mol-1
d) +558 kJ . mol-1
e) +585 kJ . mol-1