A Primeira Lei da Termodinâmica. Energia. U = variação na energia de um sistema U = U final -U inicial

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1 Química Aplicada à Engenharia Civil Termodinâmica Química Continuação Profa. Geisamanda Pedrini Brandão Athayde Revisão Calor Sistema ganha calor Æ q > 0 Æ Processo Endotérmico Sistema perde calor Æ q < 0 Æ Processo Exotérmico Trabalho Sistema realiza trabalho sobre as vizinhanças Æ w < 0 Æ Processo de Expansão As vizinhanças realizam trabalho sobre o sistema Æ w > 0 Æ Processo de Compressão 1

2 A Primeira Lei da Termodinâmica Energia Energia interna: U = variação na energia de um sistema U = U final -U inicial U adicionando calor ao sistema (q > 0) ou realizando trabalho sobre ele (w > 0) U retirando calor do sistema (q < 0) ou permitir que ele realize trabalho sobre a vizinhança (w < 0) U = q+ w Primeira Lei da Termodinâmica O Calor e a Entalpia Entalpia H = q (à pressão constante) U = H+ w (à pressão constante) U = H P ext. V 2

3 As Equações Termoquímicas Calor de Reação ou Entalpia de Reação H = H produtos H reagentes H > 0 Reação endotérmica H < 0 Reação exotérmica v As Equações Termoquímicas Lei de Hess A variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final, não importando o número de etapas do processo ou da maneira que é realizada a reação Foi proposta pelo químico russo Germain Henri Hess em 1840 e estabelece que a energia não pode ser nem criada nem destruida; somente pode ser trocada de uma forma em outra. 3

4 As Equações Termoquímicas Lei de Hess As Equações Termoquímicas Lei de Hess 4

5 As Equações Termoquímicas Reação de Formação É aquela em que um mol de um composto se forma a partir de seus elementos. Exemplo: s As Equações Termoquímicas Entalpia Padrão de Formação Refere-se à energia liberada ou absorvida quando um mol de um composto se forma a partir de substâncias simples no estado padrão (as quais têm entalpia-padrão igual a zero). Exemplo: s 5

6 As Equações Termoquímicas Entalpias Padrão de Formação à 25 C As Equações Termoquímicas Exemplo: Calcule o H 0 a 25 C para a reação: Na 2 O (s) + H 2 O (l) 2 NaOH (s) 6

7 As Equações Termoquímicas Química Aplicada à Engenharia Civil Termodinâmica Química Segunda e Terceira Leis Profa. Geisamanda Pedrini Brandão Athayde 7

8 A Segunda Lei da Termodinâmica T > 0 C: gelo (maior ordem, menor energia) água líquida (menor ordem, maior energia) T < 0 C: água líquida (menor ordem, maior energia) gelo (maior ordem, menor energia) A Segunda Lei da Termodinâmica Probabilidade e desordem Os sistemas tendem a transforma-se em estados mais desordenados por causa da probabilidade de tais estados ser maior do que a de um estado mais ordenado. Um sistema isolado transforma-se naturalmente de um estado menos provável para um estado mais provável. 8

9 A Segunda Lei da Termodinâmica Entropia Assim como a energia e a entalpia, a entropia é uma propriedade de estado do sistema. A entropia aumenta com qualquer transformação espontânea sistema tende para um equilíbrio mais provável e mais estável. S > 0 S total = S sistema + S vizinhanças > 0 (transformação espontânea) S = S 2 S 1 A Segunda Lei da Termodinâmica A entropia do universo (sistema + vizinhanças) tende sempre a aumentar para qualquer transformação espontânea. 9

10 A Segunda Lei da Termodinâmica Entropia A temperatura e pressão constantes: x (-T): A Segunda Lei da Termodinâmica Energia livre de Gibbs - G à T constante: 10

11 A Segunda Lei da Termodinâmica Transformação espontânea: Energia livre de Gibbs G Transformação não-espontânea: Sistema em equilíbrio: A Segunda Lei da Termodinâmica Energia livre de Gibbs - G 11

12 A Segunda Lei da Termodinâmica Energia livre de Gibbs - G A Segunda Lei da Termodinâmica Variação de Entropia e Energia livre de Gibbs G Mudanças de fases Reações químicas 12

13 Exemplo: A Terceira Lei da Termodinâmica A entropia de um sólido cristalino, puro e perfeito é igual a zero no zero absoluto. 13

14 A Terceira Lei da Termodinâmica Entropia Aumento da entropia com o aumento da T: no zero absoluto: S 0 = 0 A Terceira Lei da Termodinâmica Entropia Entropias-padrão Absolutas a 25 C: 14

15 As Leis da Termodinâmica Energia livre de Gibbs padrão de formação G 0 f Reação química: Elemento não combinado em sua forma mais estável: G 0 f = 0 H 0 f = 0 15