termodinâmica química

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UNIFEI Universidade Federal de Itajubá. Engenharia Mecânica. Termodinâmica Química. Luís Fernando Fonseca Lobo, 15866 Pedro Ivo Dias Belato, 15876 Prof. Dr. Élcio Rogério Barrak. Sumário. Processos Espontâneos Entropia Segunda Lei da Termodinâmica Interpretação Molecular da Entropia - PowerPoint PPT Presentation

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  • Termodinmica QumicaLus Fernando Fonseca Lobo, 15866Pedro Ivo Dias Belato, 15876Prof. Dr. lcio Rogrio Barrak

    UNIFEIUniversidade Federal de ItajubEngenharia Mecnica

    *Universidade Federal de Itajub

  • *SumrioProcessos EspontneosEntropiaSegunda Lei da TermodinmicaInterpretao Molecular da EntropiaClculos de Variaes de EntropiaEnergia Livre de GibbsEnergia Livre e TemperaturaEnergia Livre e Constante de Equilbrio

  • *Processos EspontneosPrimeira Lei da Termodinmica- energia conservadaE = q + wSo processos que ocorrem sem necessidade de ajuda externaPossui um nico sentidoPode depender da temperatura

  • *Processos EspontneosEspontneoNo-espontneoNo-espontneo No-espontneoOutro exemplo:CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

  • *Processo Reversvel e IrreversvelProcesso Reversvel:Uma variao feita no sistema pode ser reparada pelo processo inversoA vizinhana no alterada aps a reversoProcesso Irreversvel:O sistema deve tomar um caminho diferente (com diferentes valores de q e w) para voltar ao estado original.

  • *Reversibilidade e EspontaneidadeOs sistemas qumicos em equilbrio so reversveis.

    Qualquer processo espontneo irreversvel

  • *Entropia e Segunda Lei da TermodinmicaExpanso espontnea de um gs ideal temperatura constanteE=0 para a expanso

    Einverso = EdiretoO processo inverso no deveria envolver calor ou trabalho!Alguma coisa alm do w e q importante para a espontaneidade

  • *Entropia e Segunda Lei da TermodinmicaPodemos obter uma idia do que torna a expanso espontneaO arranjo mais provvel aquele em que h um nmero igual de molculas distribudas entre os dois frascosProbabilidade de 1/4

  • *EntropiaA entropia, S, uma medida da desordem de um sistema.Maior Entropia, Maior DesordemMenor Entropia, Menos Desordem

    Entropia um funo de estadoDepende apenas do estado final e inicialSsist = Sf - Si+ >desordem-

  • *EntropiaIndique se cada uma das seguintes reaes produz aumento ou diminuio na entropia do sistema:

    CO2(s) CO2(g)

    CaO(s) + CO2(g) CaCO3(s)AumentaDiminui

  • *Relacionando a entalpia transferncia de calor e temperatura

    Temperatura constanteqrev o calor transferido pelo caminho reversvel, como ocorre nas mudanas de estado.

  • *Segunda Lei da TermodinmicaA segunda lei da termodinmica explica a razo de alguns processos serem espontneos.Em qualquer processo espontneo, a entropia do universo aumenta.

    Sistema isolado Suniv = Ssis + Svizi

    Processo reversvel: Suniv = Ssis + Svizi = 0Processo irreversvel: Suniv = Ssis + Svizi > 0

    (Svizi = 0)

  • *Interpretao Molecular da EntropiaUm gs menos ordenado do que um lquido, que menos ordenado do que um slido.Qualquer processo que aumenta o nmero de molculas de gs leva a um aumento em entropia.Existem trs modos atmicos de movimento:TranslaoVibraoRotao

  • *Terceira Lei da termodinmicaA entropia de um substncia cristalina pura no zero absoluto : S(0K)=0, apresentando uma rede cristalina perfeita.

    Aumento da Temperatura

    Aumento da Entropia

    Aumento do Volume

    Aumento da Abrupto da Entropia

  • *Interpretao Molecular da EntropiaA ebulio corresponde a uma maior variao na entropia do que a fuso. A entropia aumenta quandolquidos ou solues so formados a partir de slidos,gases so formados a partir de slidos ou lquidos,o nmero de molculas de gs aumenta,a temperatura aumenta.

  • Interpretao Molecular da EntropiaLudwig BoltzmannS = k ln W

    W o nmero de arranjos possveis entre os elementosSubstancia cristalina Pura

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  • Variaes de entropia nas reaes qumicasPonto de RefernciaA entropia molar padro, S: a entropia de uma substncia em seu estado padro(1 atm) e 298K para a tabela ao lado.Entalpia padro diferente de 0 para 298K (entalpia de formao)Sgases> Sliquidos> SslidosMassa MolarNmeros de tomos na frmula de uma substncia

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  • Variaes de entropia nas reaes qumicas

    Variaes de entalpia na VizinhanaPara processo Isotrmico:

    Para presso constante, qsis = H.Mudana de estado

    Suniv = Ssis + Svizi

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  • Energia Livre de GibbsProcessos endotrmicos e o Cloreto de sdioCom Presso e Temperatura constantes temos uma nova funo de estado, a energia livre de gibbs:G = H TSA variao da energia livre no sistema dada por:G = H TS

    H medido em kJ/mol e S J/mol.K

    Resolvendo os sistemas convenientes descobrimos que:G = -TS

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  • Energia Livre de GibbsRelao entre o sinal de G e a espontaneidade de uma reao:G < 0, ento a reao direta espontnea.Se G = 0, ento a reao est em equilbrioSe G > 0, ento a reao direta no espontnea. Trabalho deve ser fornecido dos arredores para guiar a reao.

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  • Energia Livre de Gibbs

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  • Energia Livre de GibbsEnergia livres padro de formao:G = nG(produtos) - mG(reagentes)Mais reagentes G > 0Mais produtos G < 0G=0 para elementos em seu estado padro assim como nos calores de formaoG>0 quantidade mnima de trabalho para que a reao ocorra.G=wmx

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  • Energia livre e temperaturaPara relacionar a variao de entropia com a temperatura utilizamos:

    H o termo da entalpia e -TS o termo da entropia

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  • Energia livre e constante de equilbrioA relao entre a variao de energia livre padro, G, e a variao de energia sob quaisquer outras condies, G :G = G + RTlnQOnde Q o quociente de reao correspondente mistura em questo.Sob condies-padro as concentraes de todos os reagente so iguais a 1. Ento, Q=1 e:G = G

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  • Energia livre e constante de equilbrioEm um sistema em equilbrio, G=0, Keq(constante de equilbrio)=Q. Portanto:

    Da equao acima obtemos:G < 0, logo K > 1G = 0, logo K = 1G > 0, logo K < 1

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  • Produo de reaes no espontneasG=-2880kJ

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  • Referncias BibliogrficasLivro-texto: T. L. Brown, H. E. LeMay Jr., B. E. Bursten e J. R. Burdge. Qumica: A Cincia Central, 9. ed.. So Paulo: Pearson, 2005.

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