Entropia em Transformações químicas

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Componentes:
Alexandre Mesquita
Yumi Pinheiro
Clerdyel Araujo
Roberty Lima
Marcilene Dos Santos
Definições: Entropia e Desordem
Entropia (S)
Mede o nível de desordem do Sistema
Tendência natural do Universo 
Ordem → Desordem → Aumento da Entropia
Entropia é uma importante grandeza física utilizada na Termodinâmica para medir o grau de desordem de um sistema. Dizemos que, quanto maior for a variação de entropia de um sistema, maior será sua desordem, ou seja, menos energia estará disponível para ser utilizada.
Entropia em Transformações químicas espontâneas –
estado de equilíbrio 
transformações químicas espontâneas 
Transformação química ou física tende a ocorrer sem a necessidade de ser provocada por uma influência externa, dizemos que se trata de um PROCESSO ESPONTÂNEO;
Fonte: google/imagens/2020
Processos espontâneos
Na química, um PROCESSO ESPONTÂNEO;
Um processo espontâneo pode acontecer rapidamente ou lentamente;
 A entropia de um sistema isolado sempre aumenta no decorrer de um processo espontâneo:
 Exemplos de processos em que há aumento de entropia e, portanto, são espontâneos:
Os processos de fusão, vaporização e sublimação 
 de substâncias;
Reações de combustão;
A expansão de um gás;
A dissolução do sal de 
 cozinha em água.
A segunda lei da termodinâmica
Espontaneidade e energia livre de Gibbs
 Como a segunda lei da termodinâmica nos ajuda a determinar se um processo será ou não espontâneo e como usar da energia livre de Gibbs para prever se uma reação será espontânea no sentido direto ou inverso;
 ∆Gº = ∆Hº - T ∆Sº
Interpretação da entropia e das transformações
A entropia é uma função de estado resultante da transferência de calor e energia em um processo. 
Processos irreversíveis são espontâneos. 
No equilíbrio há a mesma variação entre a formação e consumo de matéria, desse modo não há variação de entropia. 
O sistema impossível significa que ele não ocorre no sentido natural previsto, ou seja, é não espontâneo.
Em um sistema aberto a entropia pode ser negativa devido a percas para o ambiente. 
Em um sistema fechado a entropia é sempre positiva ou nula.
ENTROPIA TOTAL 
Entropia total é a soma entre a entropia do sistema e a entropia da vizinhança. 
∆S(total) = ∆S(sistema) + ∆S(vizinhanças)
Fonte: Universidade de São Paulo, 2014.
Entropia DE UM SISTEMA ISOLADO
Em um Sistema isolado a entropia nunca diminui.
∆S(total) = ∆S(sistema) ≥ 0 
Fonte: Universidade de São Paulo, 2014. (adaptado)
HIPÓTESE DE Boltzmann
Boltzmann descreve que há uma relação entre a entropia (S) e a distribuição mais provável de energia (Wmax) dos seus constituintes microscópicos 
S = K ln Wmax
Entropia (S) aumenta com o número de possíveis distribuições energéticas microscópicas dos componentes do sistema (microestados) para um dado estado macroscópico (macroestado).
Efeito da temperatura 
Aumento na temperatura provoca aumento da entropia, isto é, ao fornecer energia para o sistema a entropia aumentará. 
As moléculas têm mais níveis de energia disponíveis; podem se espalhar mais nesses níveis.
W Aumenta 
 S = k lnW
ENTROPIA AUMENTA
AUMENTO DA TEMPERATURA
Resumindo
Processos espontâneos ocorrem na direção que leva a um aumento na entropia total do Universo 
 ΔStotal = ΔSsistema + ΔS entorno > 0
 ΔG < 0: reação libera energia livre, ocorre espontaneamente
 ΔG = 0: equilíbrio dinâmico
 ΔG > 0: reação não ocorre espontaneamente
Conclusão
Processos espontâneos são aqueles nos quais o sistema, no seu estado final tem a energia de seus átomos e/ou moléculas mais distribuída entre os possíveis níveis de energia.
REFERÊNCIAS
USP –Universidade de São Paulo. Termodinâmica química: espontaneidade e equilíbrio. 2014. Disponível em https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3328081/mod_resource/content/1/2014%20termo%202.pdf Acesso em 18 de setembro de 2020. 
AGUIAR, Carlos Eduardo. Entropia e a 2ª Lei da Termodinâmica. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física Instituto de Física – UFRJ. 2019. Disponível https://www.if.ufrj.br/~carlos/fisterm/entropia-segunda-lei.pdf. Acesso em 18 de setembro de 2020.
UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas. 2 lei da Termodinamica. 2012. Disponível em http://www.fem.unicamp.br/~franklin/EM524/aula_em524_pdf/aula-8.pdf Acesso em 18 de setembro de 2020.
 CHANG, R.: GOLDSBY, K.A. Química. Ed McGraw-Hill Interamericana de España. 11 edição. 2013.
Energia livre de gibbs
A energia livre de Gibbs (ΔG) é a energia útil de um sistema que resulta da diferença entre a entalpia e a entropia (esta multiplicada pela temperatura), o que resulta na seguinte equação matemática:
ΔG = ΔH – T. ΔS
Como a energia livre de Gibbs é a energia que sobra após uma reação química espontânea, logo, ela é liberada. Assim sendo, uma reação só é espontânea se o resultado do ΔG for menor que 0;
A expressão da energia livre de Gibbs só é aceita se a reação estiver sendo realizada sobre pressão e temperatura constantes;
A temperatura, no cálculo da energia livre de Gibbs, sempre deve estar na unidade Kelvin;
A energia livre de Gibbs é a máxima energia que pode ser retirada de um sistema (uma reação);
Espontaneidade de uma reação
Podemos prever a espontaneidade de uma reação baseando-nos em diferentes condições de entalpia, entropia e temperatura da seguinte forma:
a) Quando o ΔH for positivo (maior que zero) e o ΔS for negativo (menor que 0):
b) Quando o ΔH for positivo (maior que zero) e o ΔS for positivo (maior que 0) 
c) Quando o ΔH for negativo (menor que zero) e o ΔS for positivo (maior que 0)
d) Quando o ΔH for negativo (menor que zero) e o ΔS for negativo (menor que 0)
entalpia
Corresponde a energia interna que as moléculas de uma substancia possuem, mas costuma-se determinar a variação da entalpia dos processos. 
A fórmula usada para calcular a variação da entalpia é:
ΔH = HFINAL – HINICIAL     ou     ΔH = HPRODUTOS – HREAGENTES
Se o valor der negativo, isso significa que a reação é exotérmica, pois foi liberado calor e o valor da entalpia dos produtos é menor que a entalpia dos reagentes. Por outro lado, se o valor de ΔH der positivo, a reação é endotérmica, pois com a absorção de energia, a entalpia dos produtos será maior que a dos reagentes.
Entropia
É uma medida física da desordem (desorganização) de um sistema.
Observação: Juntamente à entropia, a variação da entalpia de um sistema também pode determinar se ele é espontâneo, mas essa variação deve ser negativa (menor que zero).
Vale ressaltar que não é possível medir a entropia de um sistema químico ou físico, mas, sim, a variação da entropia de um sistema. Essa variação é calculada a partir da seguinte expressão matemática:
ΔS = Sp - Sr
ΔS = variação da entropia;
Sp = entropia dos produtos;
Sr = entropia dos reagentes.
A unidade de medida utilizada para a variação da entropia é cal/K.mol
Unidades da energia livre de Gibbs
Joule (J)
Quilojoule (KJ) - 1 KJ equivale a 1000 J
Caloria
Quilocaloria (Kcal) - 1 Kcal equivale a 1000 cal
Vale lembrar que 1 Kcal = 4,18 KJ ou 1 cal = 4,18 J.
Fatores da entalpia e entropia 
Fatores Entalpicos (DH) – relacionado com o calor liberado / consumido em uma reação; Sabemos que se DH > 0 a reação absorve calor, ou seja não-espontâneo se DH < 0 a reação liberta calor, sendo considerado espontâneo Fatores 
Entrópicos (DS) – relacionado com a dispersão de energia de um processo, ou seja, a desordem do sistema; Sabemos que se DS > 0, a desordem do sistema aumenta, ou seja, é um processo espontâneo se DS < 0, ocorre uma aumento na ordem do sistema, em um processo não-espontâneo.
Reversibilidade de um Processo
Um processo espontâneo é irreversível? Ele prossegue numa única direção. 
Um processo reversível segue para frente e para trás entre as duas condições finais ? Sim que é o equilíbrio e não há variação de energia de Gibbs •
 Se um processo é espontâneo numa direção, deverá ser não-espontâneo na direção oposta
INVERSIBILIDADE DE UM PROCESSO 
Moverpara outro estado de acordo com a sua preferência. Natural ou irreversível . 
todos os processos irreversíveis que levam o sistema ao equilíbrio tem um aumento de entropia, até que essa atinge seu valor máximo, quando alcança o equilíbrio.
 Obrigado!