Aula 9

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Termoquímica I
Professor Vinicius Moreira Mello
O que é energia
Do grego: έν dentro, εργον trabalho
Normalmente associamos energia a corpos em movimento
Derivada de reações químicas
Queima de combustíveis fósseis, baterias, formação de biomassa por fotossíntese
Reações que envolvem alimentos e combustíveis liberam energia
Fotossíntese: transforma energia solar em energia química
Primeira lei da termodinâmica
Energia:
Pode assumir diversas formas, entretanto, o valor total é constante
Não pode ser criada nem destruída
A energia pode apenas mudar de forma
Quando desaparece de uma forma, ela aparece simultaneamente em outra forma
Princípio da conservação da energia
Primeira lei da termodinâmica
energias
Energia Cinética (Ec):				Ec = ½ mv2
Energia de movimento
Átomos e moléculas têm massa e estão em constante movimento
Ec aumenta com o aumento da velocidade e da massa
Energia Potencial (Ep):			Ep = mgh
em virtude da sua posição em relação a outros objetos e quando há uma força operando no objeto
Energia eletrostática (Eeletr):		Eeletr= k.Q1.Q2/d
Energia eletrostática surge das interações entre partículas carregadas
É proporcional às cargas elétricas dos dois objetos que estão interagindo
Eeletr= k.Q1.Q2/d
energias
Sistema e vizinhança
Sistema: 
parte do universo a ser estudada
Vizinhança: 
todo resto do universo
Universo:
Sistema + vizinhança
Transferência de energia
Transferência de energia
Trabalho (w):			w= F.x	dw= F.dx
Transferência de energia associada a uma força que age ao longo de uma distância
Trabalho de compressão ou de expansão de um fluido mediante ao movimento de um pistão
F= P.A
dw=P.A.dx
dw= P.dV
Variação do volume
transferência de energia
Calor (q):
É a energia que se transfere através da fronteira de um sistema que interage com as vizinhanças, em virtude de uma diferença de temperatura
Calor transferido para o sistema (+)
Calor transferido do sistema (-)
Sistema
+
-
Vizinhança
Vizinhança
MAIOR
TEMPERATURA
MENOR
TEMPERATURA
Tendência ao equilíbrio
Transferência de energia
Calor:
1Q2 = 
1
2
dQ
Calor transferido em um dado processo de um estado 1 a um estado 2
Calor é um fenômeno TRANSITÓRIO, ou seja, energia transferida atraves da fronteira do sistema
O CALOR só pode ser identificado quando ATRAVESSA a fronteira do sistema.
Um corpo não contém calor
Transferência de energia
Calor versus Trabalho:
São ambos fenômenos transitórios
Tanto o calor quanto o trabalho são fenômenos de fronteira
Sistema
+ Q
- W
+Q é o CALOR transferido ao sistema. -W representa o TRABALHO realizado pelo sistema
Experiência de Joule:
Pode estabelecer uma relação entre o trabalho e a energia transferida na forma de calor
Adicionava energia na forma de trabalho e retirava na forma de calor
Primeira lei da termodinâmica
Experiência de Joule:
O que ocorre com a energia durante o intervalo de sua entrada e saída ????
Energia interna U
ΔU = Uf - Ui
A energia total do sistema então seria = ΔU + ΔK+ ΔP 
Primeira lei da termodinâmica
Energia Interna U:
É uma função de estado (depende apenas do estado presente do sistema, e é independente da forma como o sistema o atingiu)
É uma propriedade extensiva
A energia interna, calor e trabalho medem-se em Joule (J)
 1 J = 1 kg m2s-2
Primeira lei da termodinâmica
ΔU= Ufinal – Uinicial 
ΔU < 0  sistema perde energia para vizinhança
ΔU > 0  sistema ganha energia da vizinhança
Calor liberado (Q < 0) ou trabalho realizado pelo sistema (w < 0)
 Calor adicionado (Q > 0) ou trabalho realizado no sistema (w > 0)
ΔU
ΔU
Primeira lei da termodinâmica
Primeira lei da termodinâmica
A energia pode ser transferida para o sistema ou de um sistema de três formas: CALOR, TRABALHO ou por TRANSFERÊNCIA DE MASSA.
Δ(energia do sistema) + Δ( energia da vizinhança) = 0
SISTEMA FECHADO Não há troca de massa 
Δ( energia da vizinhança) = ± Q ± W
Exercícios
Na queima de H2 e O2 em um cilindro há a perda de calor de 1150 J para a vizinhança. A reação faz também que o êmbolo suba à medida que os gases quentes se expandem. Os gases em expansão realizam 480 J de trabalho na vizinhança à medida que pressiona a atmosfera. Qual a mudança de energia interna do sistema?
Exercícios
Na queima de H2 e O2 em um cilindro há a perda de calor de 1150 J para a vizinhança. A reação faz também que o êmbolo suba à medida que os gases quentes se expandem. Os gases em expansão realizam 480 J de trabalho na vizinhança à medida que pressiona a atmosfera. Qual a mudança de energia interna do sistema?
ΔU = Q + W
ΔU = (-1150) + (-480) 
ΔU = -1630 J 
exercícios
Calcule a variação da energia interna de um sistema em um processo em que ele absorve 140 J de calor na vizinhança e realiza 85 J de trabalho na vizinhança?
Suponha que um gás sofra uma expansão de 500 mL (0,5 L) contra uma pressão de 1,20 atm e não houve troca de calor com a vizinhança durante a expansão. a) Qual foi o trabalho realizado na expansão? b) Qual foi a mudança de energia interna do sistema?
1L.atm = 101, 325 J
Processos exotérmicos e endotérmicos
Processo endotérmico:
Absorção de calor pelo sistema
Sensação de frio: calor passa da mão para o objeto
Calor flui da vizinhança para o sistema
Processos exotérmicos e endotérmicos
Sistema exotérmico:
Sistema emite calor
Calor flui do sistema para a vizinhança
Ex: reação de Al em pó e Fe2O3 ocorre violentamente para formar Al2O3 e ferro fundido
Processos exotérmicos e endotérmicos
CO2 + H2O  C6H12O6 + O2
C + O2  CO2 + energia
Reação endotérmica
Reação exotérmica
Caminho da reação
Entalpia
Entalpia:
Mudanças químicas à pressão constante 
Nenhuma outra forma de trabalho além do trabalho PV
O fluxo de calor é medido chamada entalpia (H)
H = U + PV
A entalpia é uma função de estado que permite obter informações sobre as variações de energia a P constante
Entalpia
Se uma mudança ocorre à pressão constante:
dH = d.(U + PV)		dH = dU + P.dV
Trabalho da expansão de um gás: w = -P.dV
dH = dU – w		dH = qp + w – w		DH = qp
qp é o calor à pressão constante
entalpia
ΔH é igual ao calor obtido ou despendido à uma pressão constante por uma mudança no sistema
Como calor é facilmente medido e as mudanças químicas de interesse ocorrem a pressão constante, a entalpia é uma função mais útil que a energia interna
Para a maioria das reações a diferença entre ΔH e ΔU é pequena, já que P ΔV é pequeno.
entalpia
ΔH > 0
ΔH < 0
exercícios
Indique o sinal de ΔH nos seguintes processos:
a) Cubo de gelo derretendo
b) Combustão do CH4
c) Roupa secando
Entalpia da reação
A entalpia de uma reação é dada por:
DHreação = DHprodutos – DHreagentes
Entalpia de reação ou calor de reação
2H2(g) + O2(g)  2H2O(g)	 DHr = -483,6 kJ
Entalpia da reação
Entalpia é uma propriedade extensiva!
2H2(g) + O2(g)  2H2O(g)
Se 2 mol H2(g) são consumidos, ΔHr = -483.6 kJ
Se 4 mol H2(g) são consumidos, ΔHr = -967.2 kJ
2 x a quantidade envolvida na primeira reação
“entalpia da reação”
exercício
Qual a quantidade de calor envolvida na reação entre 2,4 g de Mg(s) e O2(g) à pressão constante?
2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s)	ΔH = -1204 kJ
exercício
Qual a quantidade de calor envolvida na reação entre 2,4 g de Mg(s) e O2(g) à pressão constante?
2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s)	ΔH = -1204 kJ
nMg = 2,4g/24,3g.mol-1 = 0,099 mol 
 2 mols________-1204 KJ
0,099 mol________x
x = -59,6 kJ
exercício
Quantos kilojoules são absorvidos quando 7,5 g de MgO(s) é decomposto em Mg(s) e O2(g) à pressão constante?
2MgO (s)  Mg (s) + O2 (g) ΔH=+1204 kJ
2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s)