Termodinâmica Química 1º Semestre do 2º Ano MEBiol / MEQui
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- Isabel Silveira Tomé
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1 PROGRAMA 1. Introdução Perspec?va histórica. Conceitos básicos. A lei zero. Gases, líquidos e sólidos. Gases perfeitos. Escala de temperatura do gás ideal. Misturas gasosas ideais. Lei de Dalton. 2. Propriedades das substâncias puras. Equilíbrio de fases. Regra das fases de Gibbs. Diagramas de fases de componentes puros (diagramas p-v- T, p-t, T-V e p-v). 3. Gases reais. Equações de estado (van der Waals, Peng-Robinson, Redlich-Kwong). Princípio dos estados correspondentes. Fator acêntrico de Pitzer. Equação de virial. 4. A primeira lei da Termodinâmica. Trabalho e calor. Funções de estado. Energia interna. Entalpia. Capacidades caloríficas. Calores latente e sensível. 5. Termoquímica. Calorimetria. Temperatura teórica de chama. Entalpia de formação padrão e entalpia de reação padrão. Leis de Hess e de Kirchhoff. 6. A segunda lei da Termodinâmica. Transformações reversíveis e irreversíveis. Entropia e processos espontâneos. Processos isotérmicos e adiabá?cos. A máquina de Carnot. Temperatura termodinâmica. Eficiência térmica. A terceira lei. Equações fundamentais da termodinâmica. Energias de Helmholtz e Gibbs. Relações de Maxwell. Equação de Gibbs-Helmholtz. Coeficiente de Joule-Thomson. Sistemas abertos: Potencial químico. Condição geral de equilíbrio. Equação de Clausius- Clapeyron. Fugacidade, coeficiente de fugacidade e métodos de cálculo. Misturas gasosas reais. Regra de Lewis-Randall. Regras de Kay. Equações de estado para misturas. 7. Termodinâmica de Misturas. Grandezas molares parciais. Método das intersecções. Equação de Gibbs-Duhem. Grandezas de mistura: definição e aplicação ao caso de misturas de gases perfeitos. Energia de Gibbs, entropia, entalpia e volume de mistura. Calores de solução. 8. Soluções ideais. Propriedades coliga?vas. Pressão osmó?ca. 9. Equilíbrio líquido-vapor. Leis de Raoult e de Henry. Diagramas de fases: p-t-x-y, p-t, p-x-y e T-x-y. Regra da alavanca. Linhas de união. Diagramas y-x. Vola?lidade rela?va. Des?lação fracionada. Azeotropia. Soluções reais: a?vidades e coeficientes de a?vidade. Sistemas parcialmente miscíveis. 10. Equilíbrio sólido-líquido. Curvas de arrefecimento. Diagramas de fase com formação de compostos. 11. Diagramas de fases de sistemas ternários. 12. Equilíbrio químico. Reações em misturas gasosas ideais e reais. Reações envolvendo fases condensadas. Dependência da constante de equilíbrio com a pressão e com a temperatura. Princípio de Le Chatelier.
2 PROGRAM 1. Introduc?on Historical perspec?ve. Basic concepts. The zeroth law. Gases, liquids and solids. The ideal gas. The ideal gas temperature scale. Ideal gas mixtures. Dalton s law. 2. Proper?es of pure substances. Phase equilibria. The phase rule. Phase diagrams of pure components (p-v-t, p-t, p-v and T-V diagrams). 3. Real gases. Equa?ons of state (van der Waals, Peng-Robinson, Redlich-Kwong). Corresponding states principle. Pitzer acentric factor. Virial equa?on. 4. The first law of thermodynamics. Heat and work. Internal energy. State func?ons. Enthalpy. Heat capaci?es. Latent and sensi?ve heats. 5. Thermochemistry. Calorimetry. Theore?cal flame temperature. Standard enthalpies of forma?on and reac?on. Hess and Kirchoff s laws. 6. The second law of thermodynamics. Reversible and irreversible processes. Entropy and spontaneous processes. Adiaba?c and isothermal processes. Carnot heat engine. Thermodynamic temperature. Thermal efficiency. The third law. Fundamental equa?ons of thermodynamics. Gibbs and Helmholtz energies. Maxwell rela?ons. Gibbs- Helmholtz equa?on. Joule-Thomson coefficient. Open systems: chemical poten?al. The general condi?on for equilibrium. Clausius-Clapeyron equa?on. Fugacity, fugacity coefficients and calcula?on methods. Real gaseous mixtures. Lewis-Randall rule. Kay s rule. Equa?ons of state for mixtures. 7. Thermodynamics of mixtures. Par?al molar proper?es. Intersec?on method. Gibbs-Duhem equa?on. Mixture proper?es: defini?on and applica?on to ideal gaseous mixtures. Gibbs energy, entropy, enthalpy and volume of mixture. Heats of solu?on. 8. Ideal solu?ons. Colliga?ve proper?es. Osmo?c pressure. 9. Vapor-liquid equilibrium. Raoult and Henry s laws. Phase diagrams: p-t-x-y, p-t, p-x-y and T-x-y diagrams. Lever rule. Tie lines. Rela?ve vola?lity, y-x diagrams and frac?onal dis?lla?on. Azeotropy. Real solu?ons: ac?vity and ac?vity coefficient. Par?al miscible systems. 10. Solid-liquid equilibrium. Cooling curves. Phase diagrams with forma?on of compounds. 11. Phase diagrams for ternary mixtures. 12. Chemical equilibrium. Reac?on involving ideal and non-ideal gas mixtures and condensed phases. Temperature and pressure dependence of the equilibrium constant. Principle of Le Chatelier.
3 Programa (arrumado) Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica. b) Conceitos Fundamentais Conceitos básicos. Sistema, universo e fronteira. Sistemas abertos, fechados e isolados. Variáveis de estado. Propriedades intensivas e extensivas. Funções de estado. Variáveis dependentes e independentes. Gases, líquidos e sólidos. Introdução à Regra das Fases (Regra de Gibbs). Derivadas parciais. Diferenciais Exactas. Relações entre diferenciais. A numeração de capítulos nos pontos seguintes refere-se ao livro Termodinâmica Aplicada, E. G. de Azevedo, Escolar Editora, 3ª ed., 2011
4 c) Temperatura: lei zero Enunciado da lei zero. Equação de estado dos gases perfeitos. Escala de temperatura do gás ideal. Misturas gasosas ideais. Lei de Dalton. (Cap. 1) Gases imperfeitos. Fugacidade. Equações de estado (van der Waals, Peng-Robinson, Redlich-Kwong). Princípio dos estados correspondentes. Factor acêntrico de Pitzer. Equação de virial. d) Energia: primeira lei Energia interna. Trabalho e calor. Processos isotérmicos e adiabá?cos. Transformações reversíveis e irreversíveis. Entalpia. Capacidades caloríficas. Calores latente e sensível. (Cap. 2) ) Termoquímica: temperatura teórica de chama. Calorimetria. Entalpia de formação padrão e entalpia de reacção padrão. Leis de Hess e de Kirchhoff. (Cap. 4) e) Entropia: segunda lei Entropia e processos espontâneos. A máquina de Carnot. Temperatura termodinâmica. Eficiência térmica. A terceira lei. (Cap. 3)
5 f) Relações termodinâmicas (a combinação das leis) Equações fundamentais da termodinâmica. Energias de Helmholtz e Gibbs. Relações de Maxwell. Equação de Gibbs-Helmholtz. Coeficiente de Joule-Thomson. (Cap. 3) Termodinâmica de Misturas. Potencial químico. Grandezas molares parciais. Método das intersecções. Equação de Gibbs-Duhem. Grandezas de mistura: definição e aplicação ao caso de misturas de gases perfeitos. Energia de Gibbs, entropia, entalpia e volume de mistura. Calores de solução. (Cap. 5) Equações de estado para misturas. (Cap. 6) Fugacidade e métodos de cálculo. Misturas gasosas reais. Regra de Lewis- Randall. Regras de Kay.
6 g) Energia de Gibbs: equilíbrio químico Equilíbrio químico. Condição geral de equilíbrio químico. Reações em misturas gasosas ideais e reais. Reações envolvendo fases condensadas. Dependência da constante de equilíbrio com a pressão e com a temperatura. Princípio de Le Chatelier. (Cap. 12) h) Energia de Gibbs: equilíbrio de fases Propriedades das substâncias puras. Equilíbrio de fases. Regra das fases de Gibbs. Diagramas de fases de componentes puros (diagramas p-v-t, p-t, T-V e p-v). Equação de Clausius-Clapeyron. Diagramas termodinâmicos. Definição de qualidade. Tabelas de propriedades termodinâmicas. (Cap. 7) Soluções ideais. Leis de Raoult e de Henry. Equilíbrio líquido-vapor. Propriedades coliga?vas. Pressão osmó?ca. Introdução do conceito de solução real: ac?vidades e coeficientes de ac?vidade. (Cap. 8) Diagramas de fases. Misturas binárias: diagramas p-t-x-y, p-t, p-x-y e T-x-y. Regra da alavanca. Linhas de união. Diagramas y-x. Vola?lidade rela?va. Des?lação fracionada. Azeotropia. Sistemas parcialmente miscíveis. Equilíbrio sólido-líquido. Diagramas de fase com formação de compostos. Pontos euté?cos e perité?cos. Curvas de arrefecimento. Diagramas de fases de sistemas ternários. (Cap. 11)
7 Programa b) Conceitos Fundamentais c) Temperatura: lei zero d) Energia: primeira lei e) Entropia: segunda lei f) Relações termodinâmicas (a combinação das leis) g) Energia de Gibbs: equilíbrio químico h) Energia de Gibbs: equilíbrio de fases è de a) a h) = 8 = = FIM
8 Avaliação 2 testes (29 Out 2016 e 10 Jan 2017) nota mínima em cada teste = 7.0 valores ou 1º Exame (10 Jan 2017) e/ou 2º Exame (02 Fev 2017) Bibliografia Termodinâmica Aplicada, E. Gomes de Azevedo, 3ª ed., Escolar Editora, 2011 Physical Chemistry, P. Atkins e J. de Paula, 8ª ed., Oxford University Press, 2006 Physical Chemistry, R. J. Silbey e R. A. Alberty, 4ª ed., John Wiley & Sons, 2005
9 Programa b) Conceitos Fundamentais c) Temperatura: lei zero d) Energia: primeira lei e) Entropia: segunda lei f) Relações termodinâmicas (a combinação das leis) g) Energia de Gibbs: equilíbrio químico h) Energia de Gibbs: equilíbrio de fases è de a) a h) = 8 = = FIM
10 Programa b) Conceitos Fundamentais c) Temperatura: lei zero d) Energia: primeira lei e) Entropia: segunda lei f) Relações termodinâmicas (a combinação das leis) g) Energia de Gibbs: equilíbrio químico h) Energia de Gibbs: equilíbrio de fases è de a) a h) = 8 = = FIM
11 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica.
12 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica. è Hoje. Agora.
13 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica.
14 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica. T, t (K, o C, o F, o R, o De, o N, o Ré, o Rø) E, V, U, H, A, G (J, kw.h, Btu, cal, ev) S (J.K -1 )
15 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica. T, t (K, o C, o F, o R, o De, o N, o Ré, o Rø) E, V, U, H, A, G (J, kw.h, Btu, cal, ev) S (J.K -1 )
16 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica. T, t (K, o C, o F, o R, o De, o N, o Ré, o Rø) E, V, U, H, A, G (J, kw.h, Btu, cal, ev) S (J.K -1 ) è Lei zero è 1ª lei è 2ª lei
17 Introdução: perspec?va histórica. Temperatura, energia e entropia: As 3+1 leis da termodinâmica. è Lei zero è 1ª lei è 2ª lei
18 Programa b) Conceitos Fundamentais c) Temperatura: lei zero d) Energia: primeira lei e) Entropia: segunda lei f) Relações termodinâmicas (a combinação das leis) g) Energia de Gibbs: equilíbrio químico h) Energia de Gibbs: equilíbrio de fases è de a) a h) = 8 = = FIM
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