Slide 1 - química j

TERMODINÂMICA
QUÍMICA
Guilherme Nascimento Oliva - 14400
Matheus da Rocha Coutinho - 14417
Engenharia de Controle e
Automação
Tópicos
1)
Introdução
2)
Processos espontâneos
3)
Processos reversíveis e
irreversíveis
4)
Entropia
5)
Interpretação molecular da
entropia
6)
Variações de entropia nas reações
7)
Energia livre de Gibbs



As velocidades das reações são controladas por um
fator relacionado à energia (energia de ativação).
O equilíbrio depende das velocidades das reações
diretas e inversas. Ele é alcançado quando elas
ocorrem em velocidades iguais.
Além da entalpia, devemos considerar a variação
da desordem para analisar se a reação ocorrerá ou
não.

A energia pode ser transferida entre o sistema e a
vizinhança ou convertida de uma forma à outra,
mas a energia total permanece constante.
∆E = q + w

Um processo espontâneo tem sentido definido no
qual ele acontece.
CH4 (G) + 2 O2 (G) → CO2 (G) + 2 H2O(L)

A espontaneidade de um processo pode depender da
temperatura.
Entropia
Entalpia
Um processo é dito reversível se o sistema e todas
as partes da sua vizinhança puderem retornar
exatamente ao estado inicial pela reversão da
variação.
 Um processo é irreversível quando o sistema e
todas as partes de sua vizinhança não conseguem
voltar ao estado inicial.

Expansão espontânea de um gás
•w = 0
•∆E = 0
•Processo isotérmico
Expansão espontânea de um gás


O gás expande-se por causa da tendência das
moléculas espalharem-se entre os diferentes
arranjos que elas podem assumir.
Os processos nos quais a desordem do sistema
aumenta tendem a ocorrer espontaneamente.
H2O(sólido) → H2O(líquido)
∆H > 0
KCl(s) → K+(aq) + Cl-(aq)
∆H > 0


Nos dois casos vistos, a estrutura sólida bem
organizada é substituída por uma estrutura
líquida mais desordenada.
A variação na desordem com a variação na energia
afeta a espontaneidade de processos químicos.
Aumento de temperatura

Podemos relacionar a variação na entropia à
outras grandezas familiares (em particular o calor
transferido no processo).
Essa equação aplica-se a qualquer processo isotérmico
entre os estados.
• Para uma expansão isotérmica o trabalho
reversível é dado por:
• Para esse processo, ∆E = 0. Portanto:
• Para 1L de um gás ideal a 1atm e 0oC, temos 4,46
 10-2 mol de gás e:
Segunda lei da termodinâmica

Um sistema tende a assumir o estado de
probabilidade máxima.
Processo reversível : ∆Suniv = ∆Ssis + ∆Svizin = 0
Processo irreversível : ∆Suniv = ∆Ssis + ∆Svizin > 0

A entropia não é conservada, ela está
continuamente crescendo.
4 Fe (S) + 3 O2 (G) → 2 Fe2O3 (S)
∆H < 0
2 NO (G) + O2 (G) → 2 NO2 (G)


A formação de novas ligações diminui o número de
graus de liberdade, ou formas de movimento, do
átomo.
As formas de movimento podem ser:
Vibracional
 Rotacional
 Translacional

2 NO (G) + O2 (G) → 2 NO2 (G)


A formação de novas ligações diminui o número de
graus de liberdade, ou formas de movimento, do
átomo.
As formas de movimento podem ser:
Vibracional
 Rotacional
 Translacional


A energia térmica é diretamente proporcional à
entropia.


Por meio de medidas experimentais da variação da
capacidade calorífica com a temperatura podemos
determinar a entropia absoluta de muitas
substâncias a qualquer temperatura.
As entropias absolutas são baseadas no ponto de
referência de entropia zero para sólidos cristalinos
perfeitos a 0 K, sendo geralmente tabeladas como
grandezas molares em J/mol.K.

A energia livre de Gibbs, G, é uma função de
estado termodinâmica dada através da entalpia e
entropia pela seguinte lei:
∆G = ∆H – T∆S

À temperatura e pressão constantes:
∆G > 0 Reação não espontânea
∆G < 0 Reação espontânea
∆G = 0 Reação em equilíbrio e reversível

Numa reação química podemos calcular a variação
da energia livre padrão conhecendo-se as energias
dos reagentes e dos produtos.
∆Go = ∑ n ∆Gof (produtos) - ∑ m ∆Gof (reagentes)
Onde n e m referem-se ao número de reagentes e produtos
formados, respectivamente.


As energias livres dos elementos em seus estados
padrão são fixadas como zero, sendo o ponto de
referência para o cálculo da energia livre dos
elementos em outras circunstâncias.
A variação na energia livre para um processo, ∆G,
é igual ao trabalho máximo útil que pode ser
realizado pelo sistema em sua vizinhança em um
processo espontâneo ocorrendo à temperatura e
pressão constantes.
∆G = ∆H – T∆S
∆H
∆S
– T∆S
∆G = ∆H – T∆S
Características da
reação
Exemplo
-
+
-
Sempre negativo
Espontânea a todas
as temperaturas
2 O3 (G) → 3 O2 (G)
+
-
+
Sempre positivo
Não espontânea a
todas as
temperaturas; reação
inversa sempre
espontânea
3 O2 (G) → 2 O3 (G)
-
-
+
Negativo a baixas
T e positivo a altas
T
Espontânea a baixa
T; torna-se não
espontânea a altas T
H2O (L) → H2O (S)
+
+
-
Positivo a baixas T
e negativo a altas
T
Não espontânea a
baixas T; torna-se
espontânea a altas T
H2O (S) → H2O (L)

Podemos relacionar a energia livre com o quociente
de reação através da seguinte lei:
∆G = ∆Go + RT ln Q

Quando a reação está em equilíbrio:
0 = ∆Go + RT ln Keq

Através da expressão vista podemos elucidar que:
∆Go, negativo : Keq > 1
∆Go, positivo : Keq < 1
∆Go, 0 : Keq = 1



Química: Ciência Central – Brown, Lemay e
Bursten; 9ª edição.
www.prenhall.com/brown_br
www.materiais.ufsc.br/Disciplinas/EMC5733/
diagramas_termo.htm