Leonnardo Cruvinel Furquim TERMOQUÍMICA

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1 Leonnardo Cruvinel Furquim TERMOQUÍMICA

2 Termoquímica

3 Energia e Trabalho Energia é a habilidade ou capacidade de produzir trabalho. Mecânica; Elétrica; Calor; Nuclear; Química. Trabalho Trabalho mecânico é realizado quando um objeto é movimentado contra uma força de oposição.

4 Calor e Temperatura Calor (ou energia calorífica) é uma forma de energia que é diretamente transferida de um objeto mais quente para um mais frio; é energia em trânsito. O que acontece com a energia calorífica absorvida por um objeto? Lei da conservação da energia ae total do objeto aumenta: as energias cinéticas das partículas constituintes do objeto ; suas energias potenciais aumentam; ambas aumentam simultaneamente.

5 Calor e Temperatura A temperatura de um objeto mede a energia cinética média de suas partículas. Quando o calor é transferido para um objeto, a energia cinética média de suas partículas componentes, estas partículas movem-se então mais rapidamente e a temperatura do objeto.

6 Calor q = quantidade de calor absorvida por um sistema. q é + quando o sistema absorve calor das vizinhanças (endotérmico) q é quando o sistema perde calor para as vizinhanças (exotérmico)

7 Trabalho Realizar trabalho (w) sobre um sistema é uma maneira de aumentar a energia do sistema. w = quantidade de trabalho realizado sobre o sistema. Processo As vizinhanças realizam trabalho sobre o sistema O sistema realiza trabalho sobre as vizinhanças Sinal de w Positivo (w > 0) Negativo (w < 0) Processo Trabalho realizado Sinal de w Expansão O sistema realiza trabalho Negativo (w < 0) Compreensão Trabalho é feito sobre o sistema Positivo (w > 0)

8 Energia A energia é geralmente representada pelo símbolo U. U = U final U inicial E sistema adicionando calor ao sistema (q > 0) ou realizando trabalho sobre ele (w > 0). E sistema retirando-se calor dele (q < 0) ou permitindo que o sistema realize trabalho sobre a vizinhança (w < 0). U = q (não há trabalho realizado) U = w (não há calor transferido) 1ª Lei da Termodinâmica: U = q + w

9 Energia 4,0 KJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule U para o ar se (a) nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 KJ de trabalho; (c) 1,0 KJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido.

10 Energia 4,0 KJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule U para o ar se (a) nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 KJ de trabalho; (c) 1,0 KJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido. (a) Nenhum trabalho é realizado, e assim o w é igual a zero. U = q + w = 4,0 KJ + 0 = 4,0 KJ

11 Energia 4,0 KJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule U para o ar se (a) nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 KJ de trabalho; (c) 1,0 KJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido. (b) Como alguma energia do sistema é utilizada para realizar trabalho de expansão (w = -0,5 KJ), o aumento de energia do sistema será menor que na Parte (a). U = q + w = 4,0 KJ + (-0,5 KJ) = 3,5 KJ

12 Energia 4,0 KJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule U para o ar se (a) nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 KJ de trabalho; (c) 1,0 KJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido. (c) Desta vez, o trabalho de comprimir o ar (w = 1 KJ) origina um aumento na energia do ar ainda maior do que aquele realizado na Parte (a). U = q + w = 4,0 KJ + 1 KJ = 5 KJ

13 Energia Uma quantidade de ar é expandida e realiza 5,0 KJ de trabalho. Quanto calor é fornecido ao ar se a energia do ar aumenta em (a) 5,0 KJ, (b) 2,0 KJ, (c) 0 KJ?

14 Energia Uma quantidade de ar é expandida e realiza 5,0 KJ de trabalho. Quanto calor é fornecido ao ar se a energia do ar aumenta em (a) 5,0 KJ, (b) 2,0 KJ, (c) 0 KJ? (a) 10,0 KJ (b) 7,0 KJ (c) 5,0 KJ

15 O calor e a entalpia A 1ª lei da termodinâmica mostra que a quantidade de calor que é absorvida ou liberada pelo sistema durante uma variação depende de quanto trabalho é feito durante o processo. Para processos onde nenhum trabalho de expansão pode ser realizado, a 1ª lei mostra que: q = U w = U 0 = U (à volume constante) O que quer dizer que o calor absorvido durante um processo a volume constante é igual à variação da energia do sistema.

16 Entalpia A maioria dos processos são conduzidos à pressão constante, ou quase constante, e não a volume constante. Da 1ª lei vemos que: q = U w O que quer dizer que o calor absorvido durante o processo é igual ao aumento da energia do sistema menos qualquer trabalho realizado sobre o sistema. O calor absorvido sob condições de pressão constante é chamado variação de entalpia, H, do sistema. Isto é: q = H (à pressão constante) e por isso: H = U w

17 Entalpia e a energia Em muitos processos que ocorrem sob pressão atmosférica simples, o trabalho realizado sobre ou pelo sistema é comparativamente pequeno, algumas vezes insignificante. H = U w H U Nas transformações físicas e químicas que envolvem somente líquidos e sólidos, é comum H e U diferirem somente numa pequena quantidade. Mesmo nos casos onde o trabalho de expansão é maior, é ainda comum que o w seja uma quantidade consideravelmente menor que U.

18 Entalpia e a energia Por exemplo, quando 1 mol de água é fervida a 100 C e a 1 atm de pressão, H, o calor absorvido pela água é 40,7 KJ, e w é -3,1 KJ. (O sinal de menos em w significa que o sistema realiza trabalho sobre as vizinhanças, assim como a expansão que ocorre durante a variação de líquido a gás.) Por isso, como H = U w U = H + w = 40,7 KJ/mol + (-3,1 KJ/mol) = 37,6 KJ/mol O ponto de ebulição pode ser mostrado como: H 2 O(l) H 2 O(g) H = U w = 37,6 KJ/mol (-3,1 KJ/mol) = 40,7 KJ/mol

19 Entalpia e a energia Isto significa que, dos 40,7 KJ de calor para ferver um mol de água, 37,6 KJ são empregados para realizar a conversão do líquido a gás, e um adicional de 3,1 KJ é empregado para realizar o trabalho de empurrar a atmosfera. A equação termoquímica: H 2 O(l) H 2 O(g) H = 40,7 KJ/mol diz que 40,7 quilojoules de calor são absorvidos por um mol de água líquida quando é fervida a uma pressão constante de 1 atm. Isto também significa que a 100 C e 1 atm, a entalpia de 1 mol de água gasosa é 40,7 KJ maior que a água líquida.

20 Entalpia e a energia Sob as mesmas condições, 40,7 KJ de calor devem ser removidos de 1 mol de água gasosa (vapor) a 100 C para ser condensada: H 2 O(g) H 2 O(l) H = -40,7 KJ/mol O sinal negativo significa que o calor é perdido pelo sistema.

21 Entalpia e a energia Uma certa reação se realiza à pressão constante. Durante o processo, o sistema absorve das vizinhanças 125 KJ de calor, e como o sistema se expande no decorrer da reação, ele realiza um trabalho de 12 KJ sobre as vizinhanças. Calcule o valor de q, w, U e H do sistema.

22 Entalpia e a energia Uma certa reação se realiza à pressão constante. Durante o processo, o sistema absorve das vizinhanças 125 KJ de calor, e como o sistema se expande no decorrer da reação, ele realiza um trabalho de 12 KJ sobre as vizinhanças. Calcule o valor de q, w, U e H do sistema. Do enunciado do problema, q = 125 KJ w = -12 KJ Como o processo se realiza à pressão constante, H = q = 125 KJ Da 1ª lei, temos que: U = q + w = 125 KJ + (-12 KJ) = 113 KJ

23 Entalpia e a energia Uma certa reação química se realiza à pressão constante e libera 225 KJ de calor. Enquanto o processo se realiza, o sistema se contrai quando as vizinhanças realizam trabalho de 15 KJ. Calcule os valores de q, w, U e H do sistema.

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