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.

Sistema

Vizinhança

Sistemas

Sistema Aberto Sistema Fechado Sistema Isolado

Troca de matéria

com a vizinhança

Troca de energia

com a vizinhança

A quantidade de

matéria permanece

constante

Troca de energia

com a vizinhança

Não tem contato

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

∆U = Ufinal - Uinicial

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.

En

erg

ia in

tern

a,

U

H2(g) + O2(g)

H2O(l)

U < 0

U > 0

Trabalho e Energia

TRABALHO (w): movimento contra uma força oposta

ENERGIA INTERNA (U): capacidade de um sistema realizar

trabalho

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

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)

Vpw ext .

Calor

Energia transferida em conseqüência de uma

diferença de temperatura

Região de alta

temperatura

Região de

baixa

temperatura CALOR

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).

Capacidade calorífica molar: capacidade calorífica de 1

mol de uma substância.

Calor específico: a capacidade calorífica específica: a

capacidade de calor de 1 g de uma substância.

TCqT

qC

.

TCmqm

CC ss ..

TCnqn

CC mm ..

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

ΔU = q + w

A energia interna pode ser alterada de duas formas:

Transferência de calor

Trabalho

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

wqU

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

Reações químicas

Energia transferida sob a forma

de calor

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)

Vizinhança

Calor envolvido durante uma transformação física ou química a

pressão constante.

Reação Endotérmica: absorve calor da vizinhança

Hf > Hi; H > 0

Reação Exotérmica: libera calor para a vizinhança

Hf < Hi; H < 0

Reação Endotérmica Reação Exotérmica

Reação Endotérmica

Reação Exotérmica