Transformações Químicas ANDERSON ORZARI RIBEIRO Anderson.ribeiro@ufabc.edu.br Bloco B, 10º andar - Sala 1043
Transformações Químicas AULA 6 Energia Livre de Gibbs CAPÍTULO 6 e 7 Peter Atkins, Loretta Jones, Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006. EXERCÍCIOS: 2.31 a 2.52
TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS 1) Quais fatores são determinantes para que uma transformação química ocorra espontaneamente? ENERGIA ENTROPIA Luminosa Elétrica Química Calor (ENTALPIA)
ENERGIA INTERNA DO SISTEMA (U): Capacidade total deste sistema em realizar Trabalho (Trab (w) = Força x Distância) ou transferir Calor (q). 1ª LEI DA TERMODINÂMICA A variação da energia interna de um sistema é dado por U = q + w Figuras reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.
Na prática podemos determinar, por exemplo, a variação do Calor após uma reação química. U = q + w C 6 H 12 O 6(s) + 6 O 2(g) 6 CO 2(g) + 6 H 2 O (g) Como não há trabalho (expansão zero e nem outro tipo de trabalho): U = q O calor absorvido ou liberado em uma reação química é conhecido por Entalpia de Reação (H r ) No exemplo, portanto, U = H H = H produtos H reagentes H < 0 (reação exotérmica) H > 0 (reação endotérmica)
Questão a ser respondida: 1) Quais fatores são determinantes para que uma transformação química ou física ocorra espontaneamente? ENERGIA ENTROPIA Entalpia H = H produtos H reagentes H < 0 (reação exotérmica) H > 0 (reação endotérmica) - Toda reação exotérmica é expontânea e toda reação endortérmica é não-expontânea? - Podemos afirmar que a ordem natural das coisas é a diminuição de energia calorífica do sistema?
A ENTROPIA (S) 2 a lei da termodinâmica: em qualquer processo espontâneo, existe sempre um aumento na entropia do universo ( S total ). Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.
Questão a ser respondida: 1) Quais fatores são determinantes para que uma transformação química ou física ocorra espontaneamente? ENERGIA ENTROPIA O Sistema como um todo: S total = S sistema + S vizinhança Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.
S total = S sistema + S vizinhança Depende do calor liberado ou retirado da vizinhança S total = S sist H T Se a 2 a lei da termodinâmica diz: em qualquer processo espontâneo, existe sempre um aumento na entropia do universo, então S total > 0 para ser expontâneo S sist H T = S total S sist H T > 0 (espontâneo!)
2 a lei da termodinâmica: em qualquer processo espontâneo, existe sempre um aumento na entropia do universo ( S total ). G = H T S Energia Livre ( G) G < 0 (espontâneo!) G > 0 (não espontâneo!)
Entropia de uma reação ( S 0 r): G = H T. S É a diferença entre as entropias molares dos produtos e dos reagentes, levando-se em conta os coeficientes estequiométricos. S r 0 = ns m 0 produtos ns m 0 reagentes Calcule a Entropia Padrão da reação: N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) S 0 r = {2.(192,4)} {1.(191,6) + 3.(130,7)} S 0 r = -198,9 J.K -1.mol -1 S 0 r = -99,45 J.K -1.mol -1 Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.
Entalpia de uma reação ( H 0 r): G = H T. S É a diferença entre as entropias molares dos produtos e dos reagentes, levando-se em conta os coeficientes estequiométricos. H r 0 = nh f 0 produtos nh f 0 reagentes Calcule a Entalpia Padrão da reação: N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) H 0 r= {2.(-46,11)} {1.(0) + 3.(0)} H 0 r = -92,22 kj.mol -1 H 0 r = -46,11 kj.mol -1 A entalpia de formação das espécies químicas elementares como H 2, N 2, O 2 e outros é definida como zero.
A reação de formação da amônia a partir de N 2 e H 2 é espontânea a 25 o C (298 K)? G = H T. S G m = {-46,11 (kj.mol -1 )} {298 (K).(-99,45.10-3 kj.k -1.mol -1 )} G m = - 16,47 kj.mol -1 (espontânea!) N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) + energia 250 atm, 450 o C
Questão a ser respondida 1) Quais fatores são determinantes para que uma transformação química ocorra espontaneamente? G = H T S Lembre-se: uma coisa é uma reação ser espontânea. A outra é a velocidade com que ela ocorre! Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.
Exercícios
Apêndice 2A