Termodinâmica. Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências Exatas e Biológicas Departamento de Química

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1 Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de iências Exatas e Biológicas Deartamento de Química ermodinâmica Aula 3 Professora: Melissa Soares aetano Discilina QUI 317

2 Mudanças de estado a ressão constante Maioria das mudanças de estado são levadas sob ressão atmosférica constante Recordando: 1 o Princíio U 2 q dv U 2 U1 q V2 V1 Pressão constante 1 U 2 2V 2 ( U1 V 1 1) q 2 Definição de Δ = du + dv + Vd 0 Função de estado Entalia q

3 d d d Diferencial total da entalia d d d 0 d d d q d q d f i 0

4 Quando se aquecem 3,0 mols de O 2 reversivelmente na ressão constante de 3,25 atm sua temeratura se eleva de 260K até 285K. A caacidade calorífica molar do O 2, a ressão constante, é 29,4 J/K.mol. alcule q, w, ΔU e Δ. onsiderar O 2 como gás ideal.

5 Relação entre P e V du q dv du d v dv q d v dv dv Pressão constante q d v dv q d v V

6 Relação entre P e V nr V P 0 Pela lei de Joule v V nr V nr V Gás ideal v V V

7 Processo a volume constante Não há rodução de trabalho = distância das moléculas é a mesma odo calor extraído vai ara movimento caótico e reflete aumento da temeratura Processo a ressão constante alor extraído da vizinhança dividido em 3 orções: (1) roduz trabalho nas vizinhanças; (2) energia ara searar as moléculas a distâncias maior; (3) aumenta energia do movimento caótico. Somente última orção reflete aumento de temeratura Para aumento de 1 grau, mais calor recisa ser extraído num rocesso a ressão constante do que num rocesso a volume constante

8 = U + V d = du + dv + Vd Restrição de temeratura constante d=0 e dividindo or d VdP dv d d d v V V

9 Lei de Joule 0 V U nr V Gás ideal 2 nr V 0 V V 0 V V

10 Exerimento de Joule-homson Barreira orosa Pistão emurrando Pistão emurrado

11 Exerimento de Joule-homson w 1 0 V 1 1 dv w 2 V dv w w w V V U q w Isolamento U U V V

12 Exerimento de Joule-homson 1 = 2 Δ = 0 A entalia não varia! Processo isoentálico oeficiente de Joule-homson (µ) Variação da temeratura de um gás com a ressão, a entalia constante. P

13 Imondo condição d=0 e dividindo or d P oeficiente de Joule-homson isotérmico d d d 0

14 Diferencial total da entalia d d d d d d

15 Exemlos: 1) Se o coeficiente de Joule homson ara O 2 é 0,6375 K/atm, calcule a temeratura final do O 2 a 20 atm e 100 o, que é forçado através de uma barreira até uma ressão final de 1 atm. f = 361,04K 2) alcule q, w, ΔU e Δ ara exansão isotérmica reversível a 300K de 2,0 mols de um gás erfeito de 500cm 3 ara 1500cm 3. ΔU=0; Δ=0; w=-5480,63j, q=5480,63j 3) Para N 2, m é quase constante e igual a 3,5R=29,1 J/K.mol ara temeraturas na faixa de 100 a 400K e ressão baixa ou moderada. alcule q, w, ΔU e Δ ara comressão adiabática reversível de 1,12g de N 2 de 400 torr e 1000cm 3 ara uma temeratura final de 238,17K e volume final de 250cm 3. Suonha comortamento ideal. ΔU= w= 98,54J; q=0; Δ=137,95J 4) Para uma exansão reversível de um gás erfeito a ressão constante de 0,8bar desde 20,0 dm 3 até 40,0 dm 3 calcule q, w, ΔU e Δ quando 2,0g de e aresentam vm =3/2R essencialmente indeendente da temeratura. onsidere a massa molar do e igual a 4,0g/mol. Δ=q= 4002,09J; ΔU= 2401,23J; w=-1600,86j

16 Alicação do rimeiro rincíio a reações químicas Pressão constante =q Sistema estiver mais quente deois da reação do que antes Escoar calor ara vizinhança com objetivo de restaurar a temeratura inicial q<0 Reação exotérmica

17 Alicação do rimeiro rincíio a reações químicas Pressão constante =q Sistema estiver mais frio deois da reação do que antes Escoar calor a artir vizinhança com objetivo de restaurar a temeratura inicial q>0 Reação endotérmica

18 Determinação dos calores de formação Em alguns casos é ossível determinar conduzindo reação de formação num calorímetro (grafita) + O 2(g) O 2(g) Δ θ f = -393,51 kj/mol (grafita) + 2 2(g) 4(g) alores determinados or métodos indiretos Reação de combustão: Lado dos reagentes um mol da substância a ser queimada mais oxigênio necessário ara queimála comletamente. omostos queimam formando O 2 gasoso e água líquida. Δ θ c = -890,36 kj/mol

19 Sequência de reação: Lei de ess A entalia é uma função de estado, ortanto, se transformarmos um dado conjunto de reagentes num dado conjunto de rodutos or mais de uma sequência de reações, a variação total da entalia será a mesma ara cada sequência

20 Método 1 Na (s) + 2 O (l) NaO (s) + 1/2 2 (g) Δ= -139,78 kj/mol 1/2 2 (g) + 1/2l 2 (g) l (g) Δ= -92,31 kj/mol l (g) + NaO (s) Nal (s) + 2 O (l) Δ= -179,06 kj/mol Na (s) + 1/2l 2(g) Nal (s) Δ= -411,15 kj/mol Método 2 1/2 2 (g) + 1/2l 2 (g) l (g) Δ= -92,31 kj/mol Na (s) + l (g) Nal (s) + 1/2 2 (g) Δ= -318,84 kj/mol Na (s) + 1/2l 2(g) Nal (s) Δ= -411,15 kj/mol

21 Lei de ess Na (s) + 1/2l 2(g) Nal (s) Δ= - 411,15 kj/mol Nal (s) Na (s) + 1/2l 2(g) Δ= + 411,15 kj/mol 0 Δ ara reação reversa é igual, orém de sinal oosto

22 alor de solução = Variação da entalia associada com a adição de uma dada quantidade de soluto a certa quantidade de solvente, a e constantes. l (g) + 10Aq l. 10Aq l (g) + 25Aq l. 25Aq l (g) + 40Aq l. 40Aq Δ 1 = -69,01 kj/mol Δ 2 = -72,03 kj/mol Δ 3 = -72,79 kj/mol

23 Entalia de ligação Se considerarmos a atomização da molécula O 2 (g) 2O (g) 2 O (g) 2 (g) + O (g) Δ o 298= 498,34kJ/mol Δ o 298= 926,98kJ/mol ½(926,98) = 463,49 é a entalia média de ligação O- na água 2 O 2 tem diferentes tios de ligação 2 O 2(g) 2 (g) + 2O (g) Δ o 298= 1070,6kJ/mol Admite-se que a ligação O- na molécula de 2 O 2 é a mesma na molécula de 2 O 1070,6-927,0= 143,6KJ/mol Força de ligação simles O-O

24 O besouro bombardeiro esanta seus redadores, exelindo uma solução quente. Quando ameaçado, em seu organismo ocorre a mistura de soluções aquosas de hidroquinona, eróxido de hidrogênio e enzimas, que romovem uma reação exotérmica, reresentada or: O calor envolvido nessa transformação ode ser calculado considerando-se os rocessos: Assim sendo, qual o calor envolvido na reação que ocorre no organismo do besouro?

25 Exemlos: 7) Através das equações a seguir determine o calor de combustão do acetileno( 2 2 ): I grafite + O 2(g) O 2(g) Δ 1 = -94Kcal II 2(g) + ½O 2(g) 2 O (liq) Δ 2 = -68Kcal III 2 grafite + 2(g) 2 2(g) Δ 3 = +54,2Kcal 8) Determine a entalia de combustão do etanol, em kcal/mol, sendo dados: Δº f, 298K 2 6 O (l) = 66 kcal/mol Δº f, 298K O 2(g) = 94 kcal/mol Δº f, 298K 2 O (l) = 68 kcal/mol 9) alcule a entalia adrão de reação da seguinte equação a artir das entalias adrões de formação dos comostos 2N 3(l) + 2NO (g) 2 O 2(l) + 4N 2(g) Entalia adrão de formação KJ/mol N 3 = 264,0 2 O 2 = -187,78 NO = 90,25 N 2 = 0