Termodinâmica. Podemos aquecer a volume constante ou a pressão constante. Definimos para cada um dos casos,
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- Vitorino Camilo Alcântara
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1 ermodinâmica André Silva ranco Calor: Calor é energia térmica em transito, e vai espontaneamente de uma região mais quente (maior temperatura) para uma mais fria (menor temperatura). Equação undamental da Calorimetria: mc C Onde c é o calor específico, e C é a capacidade térmica. Como utilizamos muito a quantidade de matéria, definimos c como a capacidade térmica molar, ou C mc seja: c' Mc n n odemos aquecer a volume constante ou a pressão constante. Definimos para cada um dos casos, uma capacidade térmica: C= R e C R, que seriam, respectivamente, a capacidade térmica molar a volume constante, e a pressão constante. Onde α é o grau de liberdade. ara átomos, α=3; para moléculas diatômicas, α=5. uando uma substância está mudando de fase, sua temperatura é constante, caso seja pura, desta forma: ml, onde L é o calor latente. Lei Zero da ermodinâmica: Se um primeiro corpo está em equilíbrio térmico com um segundo, e este está em equilíbrio térmico com um terceiro, então o primeiro está em equilíbrio térmico com o terceiro. rabalho (W): rabalho de um gás é definido como W d rabalho não é função de estado, portanto, depende da transformação. Ele pode ser tanto positivo como negativo. Convencionamos: ositivo: O gás executa trabalho sobre a vizinhança, e portanto, ele se expande. Negativo: A vizinha executa trabalho sobre o gás, e portanto, ele se contrai. Energia Interna (U): A energia interna de um gás ideal é exclusivamente dependente da temperatura, de acordo com a Lei de Joule: U nr Onde α é o grau de liberdade. ara átomos, α=3; para moléculas diatômicas, α=5. A energia interna é uma função de estado, pois depende exclusivamente da temperatura. rimeira Lei da ermodinâmica: A primeira Lei da ermodinâmica é o rincípio da Conservação da Energia. A energia interna, U, irá variar caso tenha calor ou trabalho envolvido: U W Isobárica (pressão constante): U W ermodinâmica feito por AS ágina
2 Sendo a pressão constante, temos: W d d Isocórica (volume constante): Sendo o volume constante, temos: W U W U nc d Isotérmica (temperatura constante): U W W André Silva ranco nr Sendo a temperatura constante, temos: W ln d d nr d nr Como, podemos escrever: W nr ln Relação de Meyer: Considere o seguinte diagrama, sendo a curva AB uma isoterma. C A transformação CA é isocórica: U nc A transformação CB é isobárica: U nc n C R Como partirmos de um mesmo ponto, a temperatura nas duas transformações é a mesma, sendo a energia interna uma função de estado, obtemos que a variação da energia interna nas duas transformações é a mesma: nc n C R C C R Adiabática (sem troca de calor): U W d d Da Equação de Clapeyron, temos: nr d d nrd d nr d d Substituindo, obtemos: d nc Rd C d Cd nr d C R Cd d d ln ln Equação de oison W d W d d Ou ainda, W nc Observe que caso façamos a medição do calor num calorímetro a volume constante estaremos medindo ΔU ermodinâmica feito por AS ágina
3 André Silva ranco Entalpia (H): A variação da energia interna não é igual à energia transferida na forma de calor quando o volume não for constante. Define-se entalpia como: H U p. E assim, H é função de estado. Ainda, H nc. Caso façamos uma medição do calor num calorímetro a pressão constante estaremos medindo a variação da entalpia. Utilizando a equação de Clapeyron, obtemos que: quantidade de moléculas de gás na reação. ariação da Entalpia com a temperatura: emos que C H U ngr, onde n g é a variação da H e ainda, C a b c, onde a, b e c são parâmetros independentes da temperatura. Assim, H dh C d dh a b c d H H a b c ( ) H Lei de Hess: Como a entalpia é função de estado, numa sequência de reações, a equação global apresenta uma variação de entalpia igual à soma de todas as entalpias de cada reações. or exemplo, Entalpia de reação: H O H O H s l s l H O H O H g g fus vap H O H O H H H produtos H H H Lei de Kirchhoff: reagentes H H C d Onde C C C produtos reagentes total fus vap Caso C varie muito com a temperatura, escrevemo-lo em função da temperatura. A Segunda Lei da ermodinâmica: Enunciado de Carnot É impossível obter uma máquina térmica com rendimento de %. Isso se deve ao fato do calor passar espontaneamente da região mais quente à mais fria, e só vai da mais fria à mais quente se energia for fornecida. Esquematicamente, temos a imagem abaixo, em que é fornecido um calor à máquina térmica a fim de produzir um trabalho W, resultando numa perda de energia/calor. ermodinâmica feito por AS ágina 3
4 Como a energia se conserva, temos: W. E o rendimento é dado por: Energia Útil W Energia otal André Silva ranco Rendimento de Carnot Se a máquina térmica opera num ciclo de Carnot, ela tem o rendimento máximo dado por: C Isso se deve ao fato de termos a seguinte relação Com isso, o único jeito de obter rendimento de % é tendo = K. Refrigerador Um refrigerador é como uma máquina térmica invertida: Retira calor de um meio e joga n outro. Dessa forma, estar-se-ia contrariando a Segunda Lei, porém, para isso ocorrer é necessário fornecer energia na forma de trabalho. Esquematicamente, temos: Assim sendo, temos: W e Energia Útil Energia otal W Se operar num ciclo de Carnot, temos: C Entropia (S) Entropia é uma função termodinâmica que é uma medida de desordem de um sistema, dreversível sendo definida como ds. ariação da entropia numa transformação: ermodinâmica feito por AS ágina 4
5 f dreversível reversível Isotérmica: ds S dreversível nr ln nr ln Adiabática: S Isobárica: Isocórica: dreversível d ds nc S ncln dreversível d ds nc S nc ln Ciclo: Como a entropia é função de estado, temos: S Entropia de Reação: produtos S S S H S reagentes ariação da Entropia com a temperatura: d S S C Caso C seja constante, então S S Cln produtos reagentes i d reversível Em caso contrário, escrevemo-lo em função da temperatura C a b c Onde C C C André Silva ranco Espontaneidade de um processo: ara um processo ser espontâneo, a variação total da entropia deve ser maior que zero. A entropia total é dada pela soma da entropia do sistema e da entropia da vizinhança, ou seja H S S Sviz S Energia de Gibbs (G): Define-se G H S, e assim, ela é função de estado. emos, então, G H S. Isso configura a espontaneidade, pois é proveniente da entropia total do sistema. Caso a variação da energia livre seja negativa o processo é espontâneo. Caso seja nula, teremos um equilíbrio termodinâmico. E por fim, caso seja positiva, teremos um processo não espontâneo. Energia de Gibbs de reação: G H S e G Gprodutos Greagentes Energia de Gibbs expressa o trabalho possível a ser realizado: G W Importante: Entropia padrão de formação e Energia de Gibbs padrão de formação de substâncias simples são nulas. uanto mais aumenta nosso conhecimento, mais evidente fica nossa ignorância John. Kennedy ermodinâmica feito por AS ágina 5
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