Cinética Química e Reatores-2

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Cinética Química e Reatores
Leis da Termodinâmica
Tipos de Sistema
Aberto: Troca massa e energia com o ambiente.
Fechado: Troca energia com o ambiente, porém NÃO troca massa.
Isolado: NÃO troca massa, NEM energia com o ambiente.
Conceitos
Trabalho: movimento contra uma força de oposição.
Energia: capacidade de realizar trabalho.
Calor: transferência de energia térmica entre dois corpos.
Lei Zero da Termodinâmica
Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B, e o corpo B está em equilíbrio com o corpo C, então o corpo A está em equilíbrio com o corpo C.
Primeira Lei da Termodinâmica
Conservação da Energia
Onde: q: quantidade de calor trocada
	 w: trabalho realizado pelo sistema ou sobre o sistema
	 ΔU: variação da energia interna (soma das energias cinética e potencial das moléculas)
Primeira Lei
Trabalho:
Se o trabalho é realizado sobre o sistema, ele fornece energia para o sistema (positivo)
Se o trabalho é realizado pelo sistema, ele retira energia do sistema (negativo)
calor:
Se o calor é recebido, ele aumenta a energia do sistema (positivo)
Se o calor é retirado do sistema, ele diminui a energia do sistema (negativo)
Trabalho
O trabalho só existe se for realizado contra uma pressão externa. No caso de expansão livre, o trabalho é nulo.
Expansão Isotérmica
Considera-se a equação de Clapeyron:
Como : 
Então:
Entalpia
Definida como:
Ou seja:
Considerando p = constante
Entalpia
Para reações com formação ou consumo de gases a equação da entalpia pode ser escrita:
Onde:Δng = variação do número de mols de átomos/moléculas em fase gasosa.
Transferência de Calor
Definição de calor específico a volume constante:
Neste caso, como o volume não varia, não há realização de trabalho e a variação é apenas da energia interna com a temperatura.
Transferência de Calor
Definição de calor específico a pressão constante:
Neste caso, há variação de volume e o trabalho realizado pelo sistema deve ser considerado.
Classificação de Processos
Isobárico: a pressão é mantida constante.
Isocórico: o volume é mantido constante.
Isotérmico: a temperatura é mantida constante.
Adiabático: não há troca de calor com o ambiente.
Isoentálpico: a entalpia é mantida constante (Efeito Joule-Thomson).
Segunda Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei da Termodinâmica define o que é permitido, já a Segunda Lei da Termodinâmica define o que é espontâneo.
Entropia: Medida da energia dispersada em um processo, ou a medida da desordem das moléculas.
Entropia
A variação de entropia está relacionada com a quantidade de calor trocada, porque o calor aumenta a agitação das moléculas e por consequência sua entropia. No caso de uma expansão adiabática, as moléculas são movidas mas seu grau de organização não muda, ou seja, a entropia permanece constante.
Ciclo de Carnot
O rendimento do ciclo de Carnot seria o rendimento de uma máquina térmica ideal que transformasse todo o calor recebido em trabalho e não tivesse perdas.
Onde: T2 é a temperatura da fonte fria
	 T1 é a temperatura da fonte quente
Para ter rendimento 100%, a T2 deveria ser igual a 0 K, o que é impossível
Ciclo de Carnot
Ciclo de Refrigeração
Terceira Lei da Termodinâmica
Quando o sistema se aproxima do zero absoluto, todos os processos cessam e a entropia tem um valor mínimo, independente do sistema.