Sistema

Química Geral e Inorgânica
QGI0001
Enga. de Produção e Sistemas
Profa. Dra. Carla Dalmolin
Primeira Lei da Termodinâmica
Trabalho, Calor e Energia
Entalpia
Sistemas
Em termodinâmica, o universo é formado por um
sistema e sua vizinhança.
Vizinhança
Sistema
Sistemas
Sistema Aberto
Sistema Fechado
Sistema Isolado
Troca de matéria
com a vizinhança
A quantidade de
matéria permanece
constante
Não tem contato
com a vizinhança
Troca de energia
com a vizinhança
Troca de energia
com a vizinhança
Não há troca de
matéria nem de
energia
Ex.: Motor de carro
Bolsa de gelo ou água
quente
Garrafa térmica
Energia Interna
 É a soma de toda a energia cinética e potencial de um sistema.
 Não se pode medir a energia interna absoluta, mas queremos
saber ∆U.
Energia interna, U
H2(g) + O2(g)
U > 0
U < 0
H2O(l)
∆U = Ufinal - Uinicial
Trabalho e Energia
TRABALHO (w): movimento contra uma força oposta
Trabalho = força x distância
- Um peso levantado contra a força da gravidade
- Bateria “empurrando” uma corrente elétrica num circuito
- Mistura de gases num motor empurrando o pistão
ENERGIA INTERNA (U): capacidade de um sistema realizar
trabalho
A energia interna de um sistema pode ser alterada pela realização de
trabalho.
Trabalho e Energia
Unidades: J = kg.m2.s-2
Convenção de sinais:
w > 0 : o sistema recebeu trabalho (aumento da energia no sistema)
w < 0 : o sistema realizou trabalho (redução da energia no sistema)
Sistema: gás em um cilindro que se expande contra a
pressão externa exercida pelo pistão.
Trabalho = força x deslocamento
Força = pressão exercida pelo pistão (P = f/A)
Deslocamento = movimentação (altura) do pistão com
a expansão do gás (h)
w   pext .V
Calor
Energia transferida em conseqüência de uma
diferença de temperatura
Região de alta
temperatura
CALOR
Região de
baixa
temperatura
Quando o sistema não realiza trabalho, mas sofre uma variação de
temperatura:
ΔU = q
q > 0 – Sistema recebeu calor (aumento de energia)
q < 0 – Sistema perdeu calor (diminuição de energia)
Calorimetria
 Medida do calor envolvido numa transformação
 Capacidade calorífica: a quantidade de energia necessária
para aumentar a temperatura de um objeto (em 1 grau).
q
C
 q  C.T
T
 Capacidade calorífica molar: capacidade calorífica de 1
mol de uma substância.
Cs  C
m
 q  m.Cs .T
 Calor específico: a capacidade calorífica específica: a
capacidade de calor de 1 g de uma substância.
Cm  C  q  n.Cm .T
n
Capacidade Calorífica
Calcule o calor necesário para aumentar em 20°C a
temperatura de
a) 100g de água
b) 2 mol de água
Dados:
Cs(H2O) = 4,18 J/K.g
Cm(H2O) = 75 J/K.mol
a) 8,4 kJ
b) 3,0 kJ
Primeira Lei da Termodinâmica
A energia interna de um sistema isolado é constante
A energia interna pode ser alterada de duas formas:
 Transferência de calor
 Trabalho
ΔU = q + w
 Lei empírica: originária de observações experimentais
 Comprovada pela impossibilidade de construir uma
“máquina de movimento perpétuo”
Primeira Lei da Termodinâmica
Um motor de automóvel realiza 520 kJ de trabalho e
perde 220 kJ de energia na forma de calor. Qual é a
variação da energia interna do motor?
w = - 520 kJ
q = - 220 kJ
U = q + w
U = - 220 kJ – 520 kJ = - 740 kJ
U, Calor e Trabalho
 A energia não pode ser criada ou destruída.
 A energia (sistema + vizinhança) é constante.
 Toda energia retirada de um sistema deve ser transferida para
as vizinhanças (e vice-versa).
 A partir da primeira lei da termodinâmica:
 quando um sistema sofre qualquer mudança física ou química, a
variação obtida em sua energia interna, U, é dada pelo:
 calor adicionado ou liberado pelo sistema, q,
 o trabalho realizado pelo ou no sistema
U  q  w
Sistemas a Pressão Constante
 Quando o volume do sistema não é constante, a transferência
de calor gera também um trabalho compressão / expansão
 ΔU = qP – w
Energia
transferida
sob a forma
de calor
 Reações químicas
Trabalho de
expansão a P
constante
Entalpia (H)
 Função de estado definida a partir da combinação de outras
funções de estado (energia, pressão e volume)
 H = U + PV
ΔU = qP + w
ΔU = qp – PextΔV
qp = ΔU + PextΔV
qp = ΔU + PΔV
ΔH – Variação de entalpia
A variação da entalpia é o calor liberado / absorvido por um
sistema à pressão constante
Variação da Entalpia (ΔH)
 Calor envolvido durante uma transformação física ou química a
pressão constante.
 Reação Endotérmica: absorve calor da vizinhança
 Hf > Hi; H > 0
Vizinhança
 Reação Exotérmica: libera calor para a vizinhança
 Hf < Hi; H < 0
Reação Endotérmica
Reação Exotérmica
Reação Endotérmica
Reação Exotérmica