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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 Química Geral - Termodinâmica 26 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
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