1ª Lei entalpia _Termodinamica I

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Química Geral e Inorgânica 
QGI0001 
Enga. de Produção e Sistemas 
Profa. Dra. Carla Dalmolin 
 
Primeira Lei da Termodinâmica 
Trabalho, Calor e Energia 
Entalpia 
 
 
 
Sistemas 
Em termodinâmica, o universo é formado por um 
sistema e sua vizinhança. 
Sistema 
Vizinhança 
Sistemas 
Sistema Aberto Sistema Fechado Sistema Isolado 
Troca de matéria 
com a vizinhança 
 
Troca de energia 
com a vizinhança 
A quantidade de 
matéria permanece 
constante 
 
Troca de energia 
com a vizinhança 
Não tem contato 
com a vizinhança 
 
Não há troca de 
matéria nem de 
energia 
Ex.: Motor de carro 
Bolsa de gelo ou água 
quente 
Garrafa térmica 
Energia Interna 
∆U = Ufinal - Uinicial 
 É a soma de toda a energia cinética e potencial de um sistema. 
 Não se pode medir a energia interna absoluta, mas queremos 
saber ∆U. 
E
n
e
rg
ia
 
in
te
rn
a
, 
U
 
H2(g) + O2(g) 
H2O(l) 
U < 0 
U > 0 
Trabalho e Energia 
TRABALHO (w): movimento contra uma força oposta 
ENERGIA INTERNA (U): capacidade de um sistema realizar 
trabalho 
Trabalho = força x distância 
- Um peso levantado contra a força da gravidade 
- Bateria “empurrando” uma corrente elétrica num circuito 
- Mistura de gases num motor empurrando o pistão 
A energia interna de um sistema pode ser alterada pela realização de 
trabalho. 
Trabalho e Energia 
Unidades: J = kg.m2.s-2 
Convenção de sinais: 
w > 0 : o sistema recebeu trabalho (aumento da energia no sistema) 
w < 0 : o sistema realizou trabalho (redução da energia no sistema) 
Sistema: gás em um cilindro que se expande contra a 
pressão externa exercida pelo pistão. 
 
Trabalho = força x deslocamento 
Força = pressão exercida pelo pistão (P = f/A) 
Deslocamento = movimentação (altura) do pistão com 
a expansão do gás (h) 
Vpw ext  .
Calor 
Energia transferida em conseqüência de uma 
diferença de temperatura 
Região de alta 
temperatura 
Região de 
baixa 
temperatura 
CALOR 
Quando o sistema não realiza trabalho, mas sofre uma variação de 
temperatura: 
ΔU = q 
 
q > 0 – Sistema recebeu calor (aumento de energia) 
q < 0 – Sistema perdeu calor (diminuição de energia) 
Calorimetria 
Medida do calor envolvido numa transformação 
 Capacidade calorífica: a quantidade de energia necessária 
para aumentar a temperatura de um objeto (em 1 grau). 
 
 
Capacidade calorífica molar: capacidade calorífica de 1 
mol de uma substância. 
 
 
Calor específico: a capacidade calorífica específica: a 
capacidade de calor de 1 g de uma substância. 
 
TCq
T
q
C 

 .
TCmq
m
CC ss  ..
TCnq
n
CC mm  ..
Capacidade Calorífica 
Calcule o calor necesário para aumentar em 20°C a 
temperatura de 
a) 100g de água 
b) 2 mol de água 
 
Dados: 
Cs(H2O) = 4,18 J/K.g 
Cm(H2O) = 75 J/K.mol 
a) 8,4 kJ 
b) 3,0 kJ 
Primeira Lei da Termodinâmica 
A energia interna de um sistema isolado é constante 
ΔU = q + w 
A energia interna pode ser alterada de duas formas: 
 Transferência de calor 
 Trabalho 
 Lei empírica: originária de observações experimentais 
 
 Comprovada pela impossibilidade de construir uma 
“máquina de movimento perpétuo” 
Primeira Lei da Termodinâmica 
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 
 
U = q + w 
U = - 220 kJ – 520 kJ = - 740 kJ 
U, Calor e Trabalho 
 A energia não pode ser criada ou destruída. 
 A energia (sistema + vizinhança) é constante. 
 Toda energia retirada de um sistema deve ser transferida para 
as vizinhanças (e vice-versa). 
 A partir da primeira lei da termodinâmica: 
 quando um sistema sofre qualquer mudança física ou química, a 
variação obtida em sua energia interna, U, é dada pelo: 
 calor adicionado ou liberado pelo sistema, q, 
 o trabalho realizado pelo ou no sistema 
wqU 
Sistemas a Pressão Constante 
 Quando o volume do sistema não é constante, a transferência 
de calor gera também um trabalho compressão / expansão 
 
 ΔU = qP – w 
 
 
 
 
 Reações químicas 
Energia 
transferida 
sob a forma 
de calor 
Trabalho de 
expansão a P 
constante 
Entalpia (H) 
 Função de estado definida a partir da combinação de outras 
funções de estado (energia, pressão e volume) 
 H = U + PV 
ΔU = qP + w 
 
ΔU = qp – PextΔV 
 
qp = ΔU + PextΔV 
 
qp = ΔU + PΔV 
ΔH – Variação de entalpia 
A variação da entalpia é o calor liberado / absorvido por um 
sistema à pressão constante 
Variação da Entalpia (ΔH) 
Vizinhança 
 Calor envolvido durante uma transformação física ou química a 
pressão constante. 
 Reação Endotérmica: absorve calor da vizinhança 
 Hf > Hi; H > 0 
 Reação Exotérmica: libera calor para a vizinhança 
 Hf < Hi; H < 0 
Reação Endotérmica Reação Exotérmica 
Reação Endotérmica 
Reação Exotérmica