Termodinâmica
Professora: Melissa Soares Caetano
Disciplina QUI 217
Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências Exatas e Biológicas
Departamento de Química
Segundo Princípio da Termodinâmica
Direção natural ou no
sentido oposto, não natural
Espontâneo Não
Espontâneo
Vácuo
Esp Não
Esp
Segundo Princípio da Termodinâmica
Primeiro princípio: exige apenas que energia do universo
permaneça a mesma antes e depois da transformação
Seria útil se o sistema possuísse uma propriedade que
variasse numa direção para transformação natural e na
direção oposta se transformação não natural
A máquina térmica é um dispositivo
que recebe calor de um reservatório
à temperatura elevada;
Realiza trabalho sobre a vizinhança
Deposita o calor restante em um
reservatório a temperatura mais
baixa.
Ciclo de Carnot
1q
w
absorvidoCalor
efetuadoTrabalho
21 qqw
Eficiência definida em termos das trocas térmicas
1
21
q
Kelvin: Não é possível um processo que tenha como
único resultado a absorção de calor de um reservatório
térmico e a sua completa conversão em trabalho
Eficiência da máquina térmica
21,TTf
T
qdS rev
f
i
rev
T
qSPara transformação
finita
Definição de entropia
Integral no ciclo é nula
0 T
qrev
Parte energia cinética
movimento térmico dos átomos
Dispersão de energia
O que determina o sentido da transformação
natural?
movimento térmico dos átomos
Vibrações caóticas
movimento organizado
Pouco
provável
Leva a uma dispersão caótica maior da energia
total do sistema isolado
Mudança espontânea
Quente
Moléculas muito desorganizadas
Transferência adicional de calor
Desordem adicional pequena
Frio
Estados de energia menos numerosos
Transferência adicional de calor
Efeito marcante sobre a desordem
Interpretação molecular
Medida da desordem
molecular
A entropia de um sistema isolado
aumenta numa mudança espontânea
Entropia
Stot > 0 vizsistot SSS
Transformação espontânea 0totdS
0 vizdSdS vizdSdS
Entropia total aumenta quando processo ocorrer no
sistema
qqviz
T
qdS
Todo calor que sistema recebe
provém das vizinhanças
qqviz
Desigualdade de Clausius
Sistema isolado das vizinhanças
0q 0dS
Entropia não pode diminuir em transformação espontânea
Entropia de transição de fase
Transição de fase
Modificação do grau de ordem molecular
Variação da entropia
Pressão constante
Hq trs
trs
trstrs
T
HS
Exotérmica
0 Strs0 Htrs
Endotérmica
0 Strs0 Htrs
trs
trstrs
T
HS
Congelamento
Fusão
Entropia de transição de fase
O calor de vaporização da água a 100oC é
40,66KJ/mol. Determine ΔS quando 5,0g de
vapor de água condensam em líquido a
100oC e 1 atm.
Entropia na expansão isotérmica reversível de
um gás perfeito
i
f
V
VlnnRS
dTCdVdU VT
wqdU
T
qdS
pdVw if VV
0S
0 0
Pressão constante
qrev = Cp dT
i
fpi
f
i
pifT
TlnC)T(S
T
dTC)T(S)T(S
Variação da entropia com a temperatura
f
i
rev
T
qS
Volume constante
qrev = Cv dT
i
f
VT
TCS ln if TT
0S
Calcule a variação de entropia do argônio que
está inicialmente a 25oC e 1atm, num recipiente
de 500cm3 de volume e se expande até o volume
de 1000cm3 e sequencialmente é aquecido até
100oC. A capacidade calorífica do argônio é
12,48J/mol.k. Admita o gás com comportamento
ideal
agentes
m
odutos
mr SSSRe
0
Pr
00
Positiva formação de gás na reação
Negativa consumo de gás na reação
Entropia padrão de reação
T=0 não há energia do movimento térmico
Cristal perfeito átomos ou íons
uniformemente organizados
Entropia de todos os cristais perfeitos é zero em T=0
Cristais perfeitos têm a mesma entropia em T=0
zero escolhido por conveniência
Terceiro Princípio da Termodinâmica
Exemplos:
1) A capacidade calorífica específica da água é igual a 1,0cal/(goC) na faixa de
temperatura de 25oC a 75oC, a 1 atm. (a) Determine ΔS quando 100g de água são
aquecidos reversivelmente de 25oC para 50oC a 1atm (b) Sem fazer cálculo,
indique se ΔS para aquecimento de 100g de água a 50oC para 75oC, a 1atm, será
maior que, igual a, menor que ΔS para aquecimento de 25oC para 50oC.
ΔS=33,7J/K
2) A capacidade calorífica do gás cloro é dada por: Cpm= (31,0+0,008T) J/K.mol
Calcule a variação de entropia quando 2 mols desse gás são aquecidos de 300K a
400K a pressão constante.
3) Calcule a variação da entropia para seguinte reação química 2H2(g)+O2(g)→ H2O(l)
Dados So(H2O) = 69,91J/K.mol; So(H2)=130,7J/K.mol; So(O2)=205,1J/K.mol.
4) O valor de Cp para uma amostra de gás perfeito varia com a temperatura de
acordo com Cp= 20,17+0,3665T. Calcule ΔS quando a temperatura é elevada de
25oC a 200oC a pressão constante.