termoquimica 2012, Notas de estudo de Engenharia Metalúrgica

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Professor: Cláudio Rocha LopesProfessor: Cláudio Rocha Lopes

Volta Redonda, RJ, 2011

Química Metalúrgica

Universidade Federal Fluminense

Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta Redonda

TermoquímicaTermoquímica

Unidades de Energia

^ A unidade no SI para energia é o joule, J.
^ Algumas vezes utiliza-se a caloria em vezdo joule: 1 cal = 4,184 J
^ Uma caloria nutricional: 1 cal = 1.000 cal= 1 kcal

Sistema e Vizinhanças

^ Sistema: é a parte do universo na qualestamos interessados.
^ Vizinhança: é o resto do universo

TermoquímicaTermoquímica

CalorCalor

Capacidade CaloríficaCapacidade Calorífica

TrabalhoTrabalho

Energia InternaEnergia Interna

EntalpiaEntalpia

EntropiaEntropia

Energia Livre deEnergia Livre de Gibbs

Gibbs

A transferência de Energia:

Trabalho e Calor

^ Força é uma tração ou uma compressãoexercida em um objeto.
^ Trabalho é o produto da força aplicadaem um objeto em uma distância.
^ Energia é o trabalho realizado para moverum objeto contra uma força.
^ Calor é a transferência de energia entredois objetos.
^ Energia

é

a

capacidade

de

realizar

trabalho ou de transferir calor.

Energia Interna (

U ou E

)

Trabalho (w) e Calor (q)

^ Energia interna: é a soma de toda a energiacinética e potencial de um sistema.
^ Não se pode medir a energia interna absoluta.
^ A energia não pode ser criada ou destruída.
^ A energia (sistema + vizinhança) é constante.
^ Toda energia transferida de um sistema deveser

transferida

para

as

vizinhanças

(e

vice-

versa).

Variação da Energia Interna (

U ou

E

)

Trabalho (w) e Calor (q)

Variação da Energia Interna (

U ou

E

)

Trabalho (w) e Calor (q)

Funções de EstadoFunções de Estado

Função de estado: depende somente dos estados iniciale final do sistema, e não de como a energia é utilizada.

Calor (q)

O^

calor

pode

ser

definido

quantitativamente

como sendo a energia que é transferida de um corpo aoutro

devido

à^

diferença

de

temperatura

existente

entre

eles.

Quando

o^

sistema

absorve

calor

das

vizinhanças q > 0, quando o sistema perde calor paraas^

vizinhanças

q^

<^ 0.

O^

processo

pelo

qual

um

sistema absorve calor (q > 0) é chamado endotérmico,e quando o sistema perde calor é chamado exotérmico(q < 0). O calor é uma forma de energia e portantodeve ser expresso em joules (J), sendo usual tambéma utilização da unidade caloria (cal).

“A quantidade de

calor necessária para elevar a temperatura de 14,5 a15,

o C de 1 mol de água, denomina-se caloria (cal), que é a unidade fundamental de calor”.

Trabalho (w) -

(continuação)

O^ trabalho mecânico

de expansão a pressão

constante (isobárico) pode ser definido como:^ w = - pdv

e conseqüentemente como w = - p

v, ou

ainda, w = - p (v

• v 2

), ou seja a variação de volume é 1

que determina o valor do trabalho.O trabalho também pode ser realizado em condiçõesisotérmicas (expansão lenta devido a pressão internainfinitesimalmente maior que a externa), desta formaresultará em um

trabalho máximo (w

)max

que pode

ser expresso pela equação:

wmax

=^

-^ p

dv,

para

gás

temos

pv

=^

nRT,

substituindo temos:

wmax

= - nRTdv/v

nRT ln V2/V

ou

• nRT

lnP2/P1 (pois V1/V2 = P2/P1)

Trabalho (w) -

(mecânico de expansão)

Energia Interna –

(continuação)

Por outro lado se não houver troca de calor (q = 0), a variação da energia do sistema será igual aotrabalho realizado, ou seja:

UU =

= ww

Quando calor e trabalho estão envolvidos, a variação

de

energia

está

relacionada

com

estas

quantidades,

pela

expressão

da

primeira

lei

da

termodinâmica:^







U = q + wU = q + w

(Conservação de energia)

Entalpia (H)

Em geral os processos a volume constante são menos

importantes

que

os

processos

a^

pressão

constante, assim sendo define-se uma nova função deestado chamada entalpia, onde a variação de calor (q)é^ representado

pela

variação

de

entalpia

H)^

do

sistema, isto é:

q =

H ( à pressão c

te^ ), e por isso:

H =H =

UU –– w

w

A^ entalpia

deve

ser

expressa

também

em

joules (J), ou caloria (cal).