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  • QUMICAQUMICAA Cincia Central A Cincia Central

    9 Edio9 Edio9 Edio9 Edio

    Captulo 19Captulo 19Termodinmica qumicaTermodinmica qumica

    David P. WhiteDavid P. White

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Processos espontneosProcessos espontneospp

    A termodinmica est relacionada com a pergunta: uma reao d ?pode ocorrer?

    A primeira lei de termodinmica: a energia conservada. Qualquer processo que ocorra sem interveno externa Qualquer processo que ocorra sem interveno externa

    espontneo. Quando dois ovos caem no cho, eles se quebram Q , q

    espontaneamente. A reao inversa no espontnea. Podemos concluir que um processo espontneo tem um sentido.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Processos espontneosProcessos espontneospp

    Um processo que espontneo em um sentido no espontneo no tid t isentido contrrio.

    O sentido de um processo espontneo pode depender da temperatura: gelo se transformando em gua espontneo a T >temperatura: gelo se transformando em gua espontneo a T > 0C, gua se transformado em gelo espontneo a T < 0C.

    Processos reversveis e irreversveis Um processo reversvel o que pode ir e voltar entre estados pela

    mesma trajetria.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Processos espontneosProcessos espontneospp

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Processos espontneosProcessos espontneos

    Processos reversveis e irreversveis

    pp

    Processos reversveis e irreversveis Quando 1 mol de gua congelado a 1 atm a 0C para formar 1

    mol de gelo q = H de calor removidomol de gelo, q = Hvap de calor removido. Para inverter o processo, q = Hvap deve ser adicionado ao 1

    mol de gelo a 1 atm para formar 1 mol de gua a 0Cmol de gelo a 1 atm para formar 1 mol de gua a 0 C. Portanto, a converso entre 1 mol de gelo e 1 mol de gua a 0C

    um processo reversvel.p Deixar 1 mol de gelo aquecer um processo irreversvel. Para ter o

    processo inverso, a temperatura da gua deve ser reduzida a 0C.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Processos espontneosProcessos espontneos

    Processos reversveis e irreversveis

    pp

    Processos reversveis e irreversveis

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Processos espontneosProcessos espontneospp

    Processos reversveis e irreversveis Os sistemas qumicos em equilbrio so reversveis. Em qualquer processo espontneo, a trajetria entre reagentes e

    produtos irreversvel. A termodinmica nos fornece o sentido de um processo. Ela no

    pode prever a velocidade na qual o processo ir ocorrer.d i ? Por que as reaes endotrmicas so espontneas?

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t d

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Expanso espontnea de um gs Por que ocorrem os processos espontneos? Considere um estado inicial: dois frascos conectados por um

    registro fechado. Um frasco evacuado e o outro contm 1 atm de gsgs.

    O estado final: dois frascos conectados por um registro aberto. Cada frasco contm gs a 0 5 atmCada frasco contm gs a 0,5 atm.

    A expanso do gs isotrmica (com temperatura constante). Conseqentemente, o gs no executa trabalho e o calor no Conseqentemente, o gs no executa trabalho e o calor no transferido.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmicaDa termodinmicaDa termodinmica

    Expanso espontnea de um gsp p g Por que um gs se expande?

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t d

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Expanso espontnea de um gs Considere o simples caso onde existem duas molculas de gs nos

    ffrascos. Antes do registro ser aberto, ambas as molculas de gs estaro em

    um frascoum frasco. Uma vez que o registro aberto, h uma probabilidade maior que

    uma molcula esteja em cada frasco do que ambas as molculasuma molcula esteja em cada frasco do que ambas as molculas estarem no mesmo frasco.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t d

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Expanso espontnea de um gs Quando existem muitas molculas, muito mais provvel que as

    l l di t ib t d i f d t dmolculas se distribuam entre os dois frascos do que todas permanecerem em apenas um frasco.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t i

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Entropia A entropia, S, uma medida da desordem de um sistema. As reaes espontneas seguem no sentido da diminuio de

    energia ou do aumento da entropia.N l l l it b d d d No gelo, as molculas so muito bem ordenadas por causa das ligaes H.

    Portanto o gelo tem uma entropia baixa Portanto, o gelo tem uma entropia baixa.

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  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t i

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Entropia medida que o gelo derrete, quebram-se as foras

    i t l l ( i ) d i t idintermoleculares (requer energia), mas a ordem interrompida (ento a entropia aumenta).

    A gua mais desorganizada do que o gelo ento o gelo derrete A gua mais desorganizada do que o gelo, ento o gelo derrete espontaneamente temperatura ambiente.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmicaDa termodinmicaDa termodinmica

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t i

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Entropia Existe um equilbrio entre a energia e as consideraes de entropia. Quando um slido inico colocado na gua, duas coisas

    acontecem: i hid t t d ( t a gua se organiza em hidratos em torno dos ons (ento a

    entropia diminui) eos ons no cristal se dissociam (os ons hidratados so menos os ons no cristal se dissociam (os ons hidratados so menosordenados do que o cristal, ento a entropia aumenta).

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  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmicaDa termodinmicaDa termodinmica

    Entropiap

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    E t i

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Entropia Geralmente, quando um aumento na entropia em um processo est

    i d di i i t i t i tassociado a uma diminuio na entropia em outro sistema, predomina o aumento em entropia.

    A entropia uma funo de estado A entropia uma funo de estado. Para um sistema, S = Sfinal - Sinicial Se S > 0 a desordem aumenta se S < 0 a ordem aumenta Se S > 0, a desordem aumenta, se S < 0 a ordem aumenta.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    S d l i d t di i

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Segunda lei da termodinmica A segunda lei da termodinmica explica a razo dos Processos

    t t tidespontneos terem um sentido. Em qualquer processo espontneo, a entropia do universo aumenta.

    S S + S i d t i d i Suniv = Ssis + Sviz: a variao de entropia do universo a somada variao de entropia do sistema e a variao de entropia davizinhanavizinhana.

    A entropia no conservada: Suniv est aumentando.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Entropia e a segunda leiEntropia e a segunda leiDa termodinmicaDa termodinmica

    S d l i d t di i

    Da termodinmicaDa termodinmica

    Segunda lei da termodinmica Para um processo reversvel: Suniv = 0. Para um processo espontneo (e irreversvel): Suniv > 0. Observe: a segunda lei afirma que a entropia do universo deve

    t t l t i daumentar em um processo espontneo. possvel que a entropia deum sistema diminua desde que a entropia da vizinhana aumente.

    Para um sistema isolado S = 0 para um processo reversvel e Para um sistema isolado, Ssis = 0 para um processo reversvel e Ssis > 0 para um processo espontneo.

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  • Interpretao molecular da Interpretao molecular da entropiaentropiaentropiaentropia

    Um gs menos ordenado do que um lquido, que menos d d d lidordenado do que um slido.

    Qualquer processo que aumenta o nmero de molculas de gs leva a um aumento em entropia.

    Quando NO(g) reage com O2(g) para formar NO2(g), o nmero total de molculas de gs diminui e a entropia diminui.

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Interpretao molecular da Interpretao molecular da entropiaentropiaentropiaentropia

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Interpretao molecular da Interpretao molecular da entropiaentropiaentropiaentropia

    Existem trs modos atmicos de movimento:t l ( i t d l l d t translao (o movimento de uma molcula de um ponto noespao para outro);

    vibrao (o encurtamento e o alongamento de ligaesvibrao (o encurtamento e o alongamento de ligaes,incluindo a mudana nos ngulos de ligao);

    rotao (o giro de uma molcula em torno de algum eixo).

    Captulo 19 2005 by Pearson Education

  • Interpretao molecular da Interpretao molecular da entropiaentropiaentropiaentropia

    Necessita-se de energia para fazer uma molcula sofrer translao, ib t vibrao ou rotao.

    Quanto mais energia e

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