Termodinâmica parte 1

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TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
Estuda as relações Estuda as relações 
energéticas nos 
sistemas materiais
Química Geral - Termodinâmica 22
sistemas materiais
Termo � calor
Dinâmica� Movimento
•Energia cinética é a energia do movimento (translacional, 
vibracional e rotacional).
•Energia potencial é a energia que um objeto possui em 
virtude de sua posição (gravitacional, elástica, química, 
elétrica, magnética).
Química Geral - Termodinâmica 3
elétrica, magnética).
•Energia interna (U) ou (E) é a soma das contribuições das 
energias cinética e potencial de todos os átomos, moléculas 
e íons no interior de um sistema. 
Não se pode medir a energia interna absoluta de um sistema, 
mas sim a sua variação.
Naturezas de Fluxo de Energia
•Sistema: é a parte do universo na qual estamos interessados.
•Vizinhança: é o resto do universo.
•Fronteira: é a interface entre o sistema e a vizinhança.
•Trabalho (W) : é uma forma de fluxo ordenado de energia (movimento contra uma 
força).
•Calor (q) : é uma forma de fluxo desordenado de energia (diferença de temperatura).
Química Geral - Termodinâmica 44
sistema vizinhança
fronteira
Conceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantes
SistemaSistema:: Não há troca de matéria e energia
Troca de matéria e energia 
Química Geral - Termodinâmica 55
Troca de energia mas não troca matéria
TemperaturaTemperatura (T)(T):: ElaEla medemede aa agitaçãoagitação dasdas moléculas,moléculas,
éé proporcionalproporcional àà energiaenergia cinéticacinética dasdas partículaspartículas..
CalorCalor (q)(q):: ÉÉ umauma formaforma dede energiaenergia térmicatérmica queque
transitatransita dodo corpocorpo dede maiormaior temperaturatemperatura parapara oo corpocorpo dede
menormenor temperaturatemperatura..
Química Geral - Termodinâmica 66
FunçãoFunção dede EstadoEstado:: dependedepende somentesomente dodo estadoestado
inicialinicial ee finalfinal dodo sistemasistema;;
menormenor temperaturatemperatura..
TermoquímicaTermoquímicaTermoquímicaTermoquímicaTermoquímicaTermoquímicaTermoquímicaTermoquímica
Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia Estuda as variações de energia 
que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma que ocorrem junto a uma 
reação químicareação químicareação químicareação químicareação químicareação químicareação químicareação química
Química Geral - Termodinâmica 77
AoAo ocorrerocorrer umauma reaçãoreação químicaquímica sempresempre
haveráhaverá umauma variaçãovariação dede energiaenergia..
EssaEssa variaçãovariação dede energiaenergia provemprovem dede umum
novonovo arranjoarranjo dasdas ligaçõesligações químicasquímicas
Substâncias Substâncias Substâncias Substâncias Substâncias Substâncias Substâncias Substâncias 
Conceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantesConceitos importantes
Energia CinéticaEnergia Potencial
Química Geral - Termodinâmica 88
Energia química Moléculas – giram e 
se deslocam
Átomos – vibram e 
sacodem
Varia quando ocorre reação
absorção liberação
calor ou luz
Varia com a temperatura
1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica1 Lei da Termodinâmica
Refere-se as trocas de energia entre um sistema e 
seu entorno;
Lei de conservação de energia
Energia interna (E) é dada pela soma de todas as 
energias cinéticas e potenciais de suas partículas;
Química Geral - Termodinâmica 99
energias cinéticas e potenciais de suas partículas;
Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna 
É a soma de todas as energias das partículas 
individuais em uma amostra de matéria
∆E = Efinal - Einicial
Química Geral - Termodinâmica 1010
Para uma reação química:
∆E = + energia flui para dentro de um sistema 
∆E = Eprodutos - Ereagentes
∆E = - energia flui para fora de um sistema 
Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna 
A Energia Interna de um sistema pode ser trocada entre o 
sistema e seu entorno de duas maneiras:
1) Calor : Absorção ou liberação de calor e que é simbolizado 
por q (calor de reação);
2) Trabalho: sobre um sistema, como na compressão do gás, 
o sistema acumula energia;
Química Geral - Termodinâmica 1111
∆E = qqqq + wwww∆E = qqqq + wwww
o sistema acumula energia;
O sistema realiza trabalho no entorno, expansão de gás, o 
sistema perde energia
calorcalorcalorcalorcalorcalorcalorcalor trabalhotrabalhotrabalhotrabalhotrabalhotrabalhotrabalhotrabalho
Convenção de sinais Convenção de sinais Convenção de sinais Convenção de sinais Convenção de sinais Convenção de sinais Convenção de sinais Convenção de sinais 
∆E = qqqq + wwww∆E = qqqq + wwww
W > 0: volume do sistema aumenta. Trabalho realizado no sistema;
∆E = qqqq + ((((----P∆V)P∆V)P∆V)P∆V)∆E = qqqq + ((((----P∆V)P∆V)P∆V)P∆V)
Química Geral - Termodinâmica 1212
q > 0: calor recebido pelo sistema. 
q < 0: calor cedido pelo sistema. 
W > 0: volume do sistema aumenta. Trabalho realizado no sistema;
W < 0: volume do sistema diminui. Trabalho realizado pelo sistema;
∆E > 0: temperatura do sistema aumenta. 
∆E < 0: temperatura do sistema diminui. 
Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna 
Exercícios práticos:Exercícios práticos:
1) (pág. 142) Qual das seguintes mudanças é acompanhada 
pelo valor mais negativo de ∆E?
a) Mola comprimida e aquecida
Química Geral - Termodinâmica 1313
b) Mola se expande e é resfriada
c) Mola comprimida e resfriada
d) Mola se expande e é aquecida
Trabalho Trabalho Trabalho Trabalho Trabalho Trabalho Trabalho Trabalho emememememememem Sistemas QuímicosSistemas QuímicosSistemas QuímicosSistemas QuímicosSistemas QuímicosSistemas QuímicosSistemas QuímicosSistemas Químicos
•Elétrico
•Expansão e contração
Quando a reação química acontece num recipiente 
Química Geral - Termodinâmica 1414
Quando a reação química acontece num recipiente 
fechado não poderá sofrer variação de volume e 
neste caso a energia interna é o próprio calor de 
reação.
∆E = qqqq∆E = qqqq
Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna 
Exercícios práticos:Exercícios práticos:
2) (pág. 142) Um gás ideal se expande isotermicamente de 1,0 L para 
12L, contra uma pressão de 14 atm. Qual o valor de q e w?
w= ((((----P∆V)P∆V)P∆V)P∆V)w= ((((----P∆V)P∆V)P∆V)P∆V)
Química Geral - Termodinâmica 1515
w= ((((----P∆V)P∆V)P∆V)P∆V)
Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna Energia Interna 
Exercícios práticos:Exercícios práticos:
3) Se um gás é comprimido adiabaticamente (não deixa passar calor entre 
sistema e vizinhança) , por que aumenta sua temperatura?
R. Quando é comprimido adiabaticamente, as vizinhanças realizam 
trabalho sobre o gás, aumentando sua energia interna e sua 
temperatura. 
Química Geral - Termodinâmica 1616
temperatura. 
EntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpia
H (Entalpia) = E + P∆V
A maioria das reações químicas acontecem 
em recipientes abertos, então as trocas de 
energia ocorrem à pressão constantepressão constantepressão constantepressão constante
∆∆∆∆∆∆∆∆H= (H = (H = (H = (H = (H = (H = (H = (qqqqqqqq +w) ++w) ++w) ++w) ++w) ++w) ++w) ++w) + P∆V = = = = = = = = qqqqqqqq -------- P∆V + P∆V
Química Geral - Termodinâmica 1717
∆∆∆∆∆∆∆∆H = H = H = H = H = H = H = H = qqqqqqqqpppppppp========HHHHHHHHfinalfinalfinalfinalfinalfinalfinalfinal –––––––– HHHHHHHHinicialinicialinicialinicialinicialinicialinicialinicial
FUNÇÃOFUNÇÃO
DEDE
ESTADOESTADO
∆∆∆∆∆∆∆∆H = (H = (H = (H = (H = (H = (H = (H = (qqqqqqqqpppppppp +w) ++w) ++w) ++w) ++w) ++w) ++w) ++w) + P∆V = = = = = = = = qqqqqqqqpppppppp -------- P∆V + P∆V
∆∆∆∆∆∆∆∆H = H = H = H = H = H = H = H = HHHHHHHHprodutoprodutoprodutoprodutoprodutoprodutoprodutoproduto –––––––– HHHHHHHHreagentereagentereagentereagentereagentereagentereagentereagente= = = = = = = = qqqqqqqqpppppppp
ENTALPIA = CALOR DE REAÇÃO
Conversão entre Conversão entre ∆E e ∆H para uma Reação Química
∆H (Entalpia) = ∆Ep + P∆V
Para sólidos e líquidos, ∆V ≈ 0 e então:
∆H ≈ ∆Ep
Química Geral - Termodinâmica 1818
∆H ≈ ∆Ep
Para os gases:
∆H = ∆Ep + ∆ngásRT
EntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpia
Exemplo 18.1 (pág. 143):Exemplo 18.1 (pág. 143):
A decomposição de carbonato de cálcio em calcário é usada 
industrialmente para formar o CO2. A reação é endotérmica e tem 
∆H = + 571 kJ. Qual a diferença percentual entre ∆Ho e ∆Eo?
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Dados:
Temperatura Padrão: 25º = 298K
Química Geral - Termodinâmica 1919
Temperatura Padrão: 25º = 298K
∆ngás = mols final – mols inicial = 1-0 = 1
R = constante de gás = 8,314J/molK = 0,008314kJ/molK 
Usando a Eq. 18.1 ∆H = ∆Ep + ∆ngásRT
EntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpia
Exercícios práticos:Exercícios práticos:
4) (pág. 144) A reação a seguir tem ∆Ho = -217,1 kJ. Calcule 
∆Eo para a reação. Qual a diferença percentual entre ∆Ho e 
∆Eo ?
Química Geral - Termodinâmica 2020
∆E ?
CaO(s) + 2HCl(g) → CaCl2(s) + H2O(g)
Classificação das ReaçõesClassificação das ReaçõesClassificação das ReaçõesClassificação das ReaçõesClassificação das ReaçõesClassificação das ReaçõesClassificação das ReaçõesClassificação das Reações
EndotérmicasEndotérmicas:: AbsorvemAbsorvem energiaenergia
nana formaforma dede calorcalor (ENDO(ENDO == parapara
dentro)dentro)
Química Geral - Termodinâmica 21
ExotérmicasExotérmicas:: LiberamLiberam energiaenergia nana
formaforma dede calorcalor (EXO(EXO == parapara fora)fora)
Reação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmica
ABAB++ CalorCalor A+BA+B
Química Geral - Termodinâmica 22
Exemplos:
• Fotossíntese
• Reações de decomposição
Reação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmica
FronteiraFronteira TermômetroTermômetro
Química Geral - Termodinâmica 23
SistemaSistemaOcorre a Ocorre a 
reaçãoreação
CalorCalor
CalorCalor
CalorCalor
Reação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmicaReação endotérmica
AnáliseAnálise GráficaGráfica
EntalpiaEntalpia (H)(H)
ProdutosProdutosHHPP
Assim,Assim, temostemos::
HHPP >> HHRR
Química Geral - Termodinâmica 24
CaminhoCaminho dada ReaçãoReação
HHRR ReagentesReagentes
∆∆∆∆∆∆∆∆HH
∆∆∆∆∆∆∆∆HH >> 00
Reação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmica
AA ++ BB ABAB ++ CalorCalor
Química Geral - Termodinâmica 25
Exemplos:
• Respiração animal
• Reações de combustão
Reação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmica
FronteiraFronteira TermômetrosTermômetros
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SistemaSistemaOcorre a Ocorre a 
reaçãoreação
CalorCalor
CalorCalor
CalorCalor
Reação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmicaReação exotérmica
AnáliseAnálise GráficaGráfica
EntalpiaEntalpia (H)(H)
ReagentesReagentesHHRR
Assim,Assim, temostemos::
HHPP << HHRR
Química Geral - Termodinâmica 27
CaminhoCaminho dada ReaçãoReação
ProdutosProdutosHHPP
∆∆∆∆∆∆∆∆HH ∆∆∆∆∆∆∆∆HH << 00
Equações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicas
Trazem informação sobre as condições 
da reação em termos de:
• Pressão
• Temperatura
• Estado físico• Estado físico
• Variedade alotrópica 
• Calor de reação - ∆H
CC(grafite) + O+ O22(g)�������� COCO22(g) ∆∆∆∆H = – 393 kJ/mol, 25ºC, 1 atm
Equações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicasEquações termoquímicas
CC(grafite)(grafite) + O+ O2(g)2(g)�������� COCO2(g)2(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H = H = –– 393 kJ393 kJ ExotérmicaExotérmica
NN2(g)2(g) + O+ O2(g)2(g)�������� 2 NO2 NO2(g)2(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H = + 33 kJH = + 33 kJ EndotérmicaEndotérmica
CaCOCaCO3(s)3(s)�������� CaOCaO (s)(s) + CO+ CO2(g) 2(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H = + 178 kJH = + 178 kJ EndotérmicaEndotérmica
HH2(g)2(g) + 1/2O+ 1/2O2(g)2(g)�������� HH22OO(l)(l) ∆∆∆∆∆∆∆∆H = H = -- 572 kJ572 kJ ExotérmicaExotérmica
Mudança de estado físicoMudança de estado físicoMudança de estado físicoMudança de estado físicoMudança de estado físicoMudança de estado físicoMudança de estado físicoMudança de estado físico
AbsorveAbsorve AbsorveAbsorve
Processos EndotérmicosProcessos Endotérmicos
Química Geral - Termodinâmica 30
SólidoSólido LíquidoLíquido GasosoGasoso
LiberaLiberaLiberaLibera
Processos ExotérmicosProcessos Exotérmicos