Química Geral Aula 07
Ednilsom
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Sep 09, 2014
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About This Presentation
Química Geral Aula 07
Slide Content
Prof. Ednilsom Orestes
04/08/2014 – 12/12/2014
Universidade Federal Fluminense
Instituto de Química
Departamento de Química Inorgânica
www.slideshare.net/Ednilsom
GQI 00042
Química Geral e Inorg. Exp. III
&
GQI 00048
Química Geral Tecnológica
AULA 07
04/08/2014 – 12/12/2014
Universidade Federal Fluminense
Instituto de Química
Departamento de Química Inorgânica
www.slideshare.net/Ednilsom
GQI 00042
Química Geral e Inorg. Exp. III
&
GQI 00048
Química Geral Tecnológica
AULA 07
TERMODINÂMICA
“Acesso à energia é crucial para a Humanidade!”
TERMODINÂMICA
•Transferência e conversão de energia.
•Governam a Química (suas transformações).
•Leis empíricas (independem de modelos).
Por que reações ocorrem?
Ex.: Queima de combustíveis, energia dos alimentos.
Primeira Lei: Cálculo das variações de energia.
Segunda Lei: Por que algumas reações químicas
ocorrem e outras não.
TERMODINÂMICA
•Transferência e conversão de energia.
•Governam a Química (suas transformações).
•Leis empíricas (independem de modelos).
Por que reações ocorrem?
Ex.: Queima de combustíveis, energia dos alimentos.
Primeira Lei: Cálculo das variações de energia.
Segunda Lei: Por que algumas reações químicas
ocorrem e outras não.
Nicolas L. Sadi Carnot (1796-1832)
James Prescott Joule (1818-1889)
Conceitos
fundamentais:
Trabalho & Calor
Trabalho resultava do
fluxo de calórico.
FORMAS DE
ENERGIA!
James Prescott Joule (1818-1889)
Conceitos
fundamentais:
Trabalho & Calor
Trabalho resultava do
fluxo de calórico.
FORMAS DE
ENERGIA!
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
•Sistema e vizinhança formam o universo.
•Sistema: aberto, fechado ou isolado.
and L. L. Jones
•Sistema e vizinhança formam o universo.
•Sistema: aberto, fechado ou isolado.
TRABALHO
Conceito fundamental da termodinâmica.
Trabalho (w): Movimento
contra força oposta.
Sistema modelo: Peso levantado contra
gravidade por expansão de um gás.
Trabalho = força x distância
1 J = 1 kg·m
2
·s
-2
1 N = 1 kg·m·s
-2
Energia: Capacidade de
executar trabalho.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Conceito fundamental da termodinâmica.
Trabalho (w): Movimento
contra força oposta.
Sistema modelo: Peso levantado contra
gravidade por expansão de um gás.
Trabalho = força x distância
1 J = 1 kg·m
2
·s
-2
1 N = 1 kg·m·s
-2
Energia: Capacidade de
executar trabalho.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
•Realiza muito trabalho se
possuir muita energia.
•Executar trabalho (nas
vizinhanças) energia diminui.
•Conteúdo total de energia é a
energia interna, U.
•Não podemos medir o valor
absoluto, somente variações
ΔU.
•Realizar trabalho sobre um
sistema aumenta sua energia
interna.
•Se nenhum outro tipo de
trabalho é realizado:
ΔU = w
OBS: Cuidado com o sinal!
and L. L. Jones
•Realiza muito trabalho se
possuir muita energia.
•Executar trabalho (nas
vizinhanças) energia diminui.
•Conteúdo total de energia é a
energia interna, U.
•Não podemos medir o valor
absoluto, somente variações
ΔU.
•Realizar trabalho sobre um
sistema aumenta sua energia
interna.
•Se nenhum outro tipo de
trabalho é realizado:
ΔU = w
OBS: Cuidado com o sinal!
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
and L. L. Jones
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Se,
??????=??????×??????
então,
��������=??????
��????????????�.
E como,
??????�=??????�
tem-se:
�=−??????
�??????????????????�
•Também se aplica à expansão de
líquidos e sólidos.
•Só́ é aplicável quando a P
ext é cte
durante a expansão.
•Sinal negativo: energia interna do
sistema diminui porque parte da
energia é perdida como trabalho.
•Se expande no vácuo (P
ext=0): w=0.
and L. L. Jones
Se,
??????=??????×??????
então,
��������=??????
��????????????�.
E como,
??????�=??????�
tem-se:
�=−??????
�??????????????????�
•Também se aplica à expansão de
líquidos e sólidos.
•Só́ é aplicável quando a P
ext é cte
durante a expansão.
•Sinal negativo: energia interna do
sistema diminui porque parte da
energia é perdida como trabalho.
•Se expande no vácuo (P
ext=0): w=0.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Suponha que um gás sofra uma
expansão de 500,0 mL (0,500 L)
contra uma pressão de 1,20 atm e
não houve troca de calor com a
vizinhança durante a expansão. (a)
Qual foi o trabalho realizado na
expansão? (b) Qual foi a mudança de
energia interna do sistema?
�=−??????
�??????????????????�
W=-0,6 L·atm ou perde (<0) 60,8 J
(1 L·atm=101,325 J).
Como ΔU=w
ΔU=-60,8 J (diminuiu)
and L. L. Jones
Suponha que um gás sofra uma
expansão de 500,0 mL (0,500 L)
contra uma pressão de 1,20 atm e
não houve troca de calor com a
vizinhança durante a expansão. (a)
Qual foi o trabalho realizado na
expansão? (b) Qual foi a mudança de
energia interna do sistema?
�=−??????
�??????????????????�
W=-0,6 L·atm ou perde (<0) 60,8 J
(1 L·atm=101,325 J).
Como ΔU=w
ΔU=-60,8 J (diminuiu)
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Água expande-se ao congelar. Quanto trabalho uma
amostra de 100,0g de água realiza ao congelar em 0
o
C e
estourar um cano de água que exerce a pressão oposta de
1,070 atm? As densidades da água e do gelo, em 0
o
C,
são 1,00 e 0,92 g·cm
-3
espectivamente.
[Resposta: 0,9 kJ]
Os gases se expandem, nos quatro cilindros de um motor
de automóvel, de 0,22 L a 2,2 L durante um ciclo de
ignição. Imaginando que o virabrequim exerça uma força
constante equivalente à pressão de 9,60 atm sobre os
gases, qual é o trabalho realizado pelo motor em um
ciclo?
and L. L. Jones
Água expande-se ao congelar. Quanto trabalho uma
amostra de 100,0g de água realiza ao congelar em 0
o
C e
estourar um cano de água que exerce a pressão oposta de
1,070 atm? As densidades da água e do gelo, em 0
o
C,
são 1,00 e 0,92 g·cm
-3
espectivamente.
[Resposta: 0,9 kJ]
Os gases se expandem, nos quatro cilindros de um motor
de automóvel, de 0,22 L a 2,2 L durante um ciclo de
ignição. Imaginando que o virabrequim exerça uma força
constante equivalente à pressão de 9,60 atm sobre os
gases, qual é o trabalho realizado pelo motor em um
ciclo?
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
E se pressão muda durante a
expansão, como obter w?
R.: Depende da relação entre P e V.
Trocar mudanças finitas, ΔX, por
mudanças infinitesimais, dV.
Expansão Reversível.
(Máx. Trabalho!)
Se a expansão contra uma
pressão difere da pressão do
sistema por um valor finito
(mensurável), trata-se de um
processo irreversível.
E se pressão muda durante a
expansão, como obter w?
R.: Depende da relação entre P e V.
Trocar mudanças finitas, ΔX, por
mudanças infinitesimais, dV.
Expansão Reversível.
(Máx. Trabalho!)
Se a expansão contra uma
pressão difere da pressão do
sistema por um valor finito
(mensurável), trata-se de um
processo irreversível.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
��=−??????
�????????????��
��=−
���
�
��
��=−���
��
�
�
�
��
�=−−���????????????
�
�
�
�
“O conceito de reversibilidade surge da
idealização de uma condição limite (�
�????????????).
Todos os processos reais são irreversíveis,
uns mais outros menos. A irreversibilidade
está associada ao grau de mudanças
sofrida pelo sistema.”
��=−??????
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“O conceito de reversibilidade surge da
idealização de uma condição limite (�
�????????????).
Todos os processos reais são irreversíveis,
uns mais outros menos. A irreversibilidade
está associada ao grau de mudanças
sofrida pelo sistema.”
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Um pistão confina 0,100 mol de Ar
(g) em um
volume de 1,0 L em 25
o
C. Dois experimentos são
feitos. (a) O gás expande-se até 2,0 L contra a
pressão constante de 1,00 atm e (b) o gás
expande-se reversível e isotermicamente até o
mesmo volume final. Que processo executa mais
trabalho?
[Resp.: Irreversível =-101 J e Reversível=-172 J.]
Um cilindro de volume 2,0 L contém 0,100 mol
de He
(g) em 30
o
C. Que processo executa mais
trabalho sobre o sistema, permitir que o gás se
comprima isotermicamente até 1,0 L com a
pressão externa constante de 5,0 atm ou
permitir que o gás se comprima reversível e
isotermicamente até o mesmo volume final?
[Resposta: Compressão reversível.]
and L. L. Jones
Um pistão confina 0,100 mol de Ar
(g) em um
volume de 1,0 L em 25
o
C. Dois experimentos são
feitos. (a) O gás expande-se até 2,0 L contra a
pressão constante de 1,00 atm e (b) o gás
expande-se reversível e isotermicamente até o
mesmo volume final. Que processo executa mais
trabalho?
[Resp.: Irreversível =-101 J e Reversível=-172 J.]
Um cilindro de volume 2,0 L contém 0,100 mol
de He
(g) em 30
o
C. Que processo executa mais
trabalho sobre o sistema, permitir que o gás se
comprima isotermicamente até 1,0 L com a
pressão externa constante de 5,0 atm ou
permitir que o gás se comprima reversível e
isotermicamente até o mesmo volume final?
[Resposta: Compressão reversível.]
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Um cilindro de volume 2,0 L contém 1,00 mol de He
(g) em 30
o
C.
Que processo executa mais trabalho sobre a vizinhança, permitir
que o gás se expanda isotermicamente até 4,0 L contra uma
pressão externa constante de 1,00 atm ou permitir que o gás se
expanda reversível e isotermicamente até o mesmo volume final?
and L. L. Jones
Um cilindro de volume 2,0 L contém 1,00 mol de He
(g) em 30
o
C.
Que processo executa mais trabalho sobre a vizinhança, permitir
que o gás se expanda isotermicamente até 4,0 L contra uma
pressão externa constante de 1,00 atm ou permitir que o gás se
expanda reversível e isotermicamente até o mesmo volume final?
©
2010
,
2008
,
2005
,
2002
by P. W. Atkins and L. L. Jones
CALOR (q)
•Energia em movimento devido
a diferença de temperatura.
•Altera energia interna, U.
•Não é uma substância nem flui.
•Energia térmica: associada ao
movimento caótico.
ΔU = q
•Se q<0, energia sai do sistema
como calor (EXOTÉRMICO ).
Calor x En. térmica
1 cal = 4,184 J
Solda de trilhos: Al + Fe
2O
3
2010
,
2008
,
2005
,
2002
by P. W. Atkins and L. L. Jones
CALOR (q)
•Energia em movimento devido
a diferença de temperatura.
•Altera energia interna, U.
•Não é uma substância nem flui.
•Energia térmica: associada ao
movimento caótico.
ΔU = q
•Se q<0, energia sai do sistema
como calor (EXOTÉRMICO ).
Calor x En. térmica
1 cal = 4,184 J
Solda de trilhos: Al + Fe
2O
3
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
CALOR (q)
•Energia em movimento devido
a diferença de temperatura.
•Altera energia interna, U.
•Não é uma substância nem flui.
•Energia térmica: associada ao
movimento caótico.
ΔU = q
•Se q<0, energia sai do sistema
como calor (EXOTÉRMICO ).
•Se q>0, energia entra no
sistema como calor
(ENDOTÉRMICO ).
Calor x En. térmica
1 cal = 4,184 J
Solda de trilhos: Al + Fe
2O
3 NH
4SCN + Ba(OH)
2.8H
2O
CALOR (q)
•Energia em movimento devido
a diferença de temperatura.
•Altera energia interna, U.
•Não é uma substância nem flui.
•Energia térmica: associada ao
movimento caótico.
ΔU = q
•Se q<0, energia sai do sistema
como calor (EXOTÉRMICO ).
•Se q>0, energia entra no
sistema como calor
(ENDOTÉRMICO ).
Calor x En. térmica
1 cal = 4,184 J
Solda de trilhos: Al + Fe
2O
3 NH
4SCN + Ba(OH)
2.8H
2O
MEDIDA de CALOR
•Acompanhar a variação de
energia interna.
•Paredes Adiabáticas: ΔU=w.
•Paredes Diatérmicas: fluxo de
energia altera a temperatura.
•Capacidade calorífica, C.
??????=
�
??????�
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
•Propriedade extensiva.
•Capacidade calorífica específica (calor específico), C
S.
??????
�=
??????
�
•Capacidade calorífica molar, C
m.
??????
�=
??????
�
�=??????Δ�=�??????
??????Δ�
�=??????Δ�=�??????
�Δ�
•Acompanhar a variação de
energia interna.
•Paredes Adiabáticas: ΔU=w.
•Paredes Diatérmicas: fluxo de
energia altera a temperatura.
•Capacidade calorífica, C.
??????=
�
??????�
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
•Propriedade extensiva.
•Capacidade calorífica específica (calor específico), C
S.
??????
�=
??????
�
•Capacidade calorífica molar, C
m.
??????
�=
??????
�
�=??????Δ�=�??????
??????Δ�
�=??????Δ�=�??????
�Δ�
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
and L. L. Jones
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Calcule o calor necessário para aumentar a
temperatura de (a) 100,0 g de agua, (b) 2,00
mol de H
2O
(l), em 20
o
C.
a)q=+8,4 kJ
b)q=+3,0 kJ
O perclorato de potássio, KClO
4, é usado como
oxidante em fogos de artifício. Calcule o calor
necessário para aumentar a temperatura de
10,0 g de KClO
4 de 25,0
o
C até a temperatura
de ignição (900,0
o
C). A capacidade calorífica
do KClO
4 é 0,8111 J·K
-1
·g
-1
.
[Resposta: 7,10 kJ]
Calcule o calor necessário para aumentar a
temperatura de 3,00 mols de CH
3CH
2OH
(l),
etanol, em 15,0
o
C.
and L. L. Jones
Calcule o calor necessário para aumentar a
temperatura de (a) 100,0 g de agua, (b) 2,00
mol de H
2O
(l), em 20
o
C.
a)q=+8,4 kJ
b)q=+3,0 kJ
O perclorato de potássio, KClO
4, é usado como
oxidante em fogos de artifício. Calcule o calor
necessário para aumentar a temperatura de
10,0 g de KClO
4 de 25,0
o
C até a temperatura
de ignição (900,0
o
C). A capacidade calorífica
do KClO
4 é 0,8111 J·K
-1
·g
-1
.
[Resposta: 7,10 kJ]
Calcule o calor necessário para aumentar a
temperatura de 3,00 mols de CH
3CH
2OH
(l),
etanol, em 15,0
o
C.
PRIMEIRA LEI
DA
TERMODINÂMICA
DA
TERMODINÂMICA
©
2010
,
2008
,
2005
,
2002
by P. W. Atkins and L. L. Jones
ENERGIA INTERNA MUDA EM
CONSEQUÊNCIA DO
TRABALHO E DO CALOR
Ex.: motor a combustão.
??????�=�+�
Trabalho – movimento
direcionado.
Calor – movimento caótico.
1ª. Lei da Termodinâmica:
A energia interna de um sistema isolado é
constante.
A única forma de mudar a energia interna de um sistema fechado é
transferir energia para ele na forma de calor ou trabalho.
2010
,
2008
,
2005
,
2002
by P. W. Atkins and L. L. Jones
ENERGIA INTERNA MUDA EM
CONSEQUÊNCIA DO
TRABALHO E DO CALOR
Ex.: motor a combustão.
??????�=�+�
Trabalho – movimento
direcionado.
Calor – movimento caótico.
1ª. Lei da Termodinâmica:
A energia interna de um sistema isolado é
constante.
A única forma de mudar a energia interna de um sistema fechado é
transferir energia para ele na forma de calor ou trabalho.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Um motor de automóvel realiza 520,0 kJ de trabalho e perde
220,0 kJ de energia na forma de calor. Qual é a variação da
energia interna do motor? Trate o motor, o combustível e os gases
do escapamento como um sistema fechado .
[Resposta.: -740. kJ]
Um sistema foi aquecido usando-se 300,0 J de calor, mas sua
energia interna caiu 150,0 J (logo, ΔU=-150,0 J). Calcule w e diga
se o sistema realizou trabalho ou foi o contrario?
Um motor de automóvel realiza 520,0 kJ de trabalho e perde
220,0 kJ de energia na forma de calor. Qual é a variação da
energia interna do motor? Trate o motor, o combustível e os gases
do escapamento como um sistema fechado .
[Resposta.: -740. kJ]
Um sistema foi aquecido usando-se 300,0 J de calor, mas sua
energia interna caiu 150,0 J (logo, ΔU=-150,0 J). Calcule w e diga
se o sistema realizou trabalho ou foi o contrario?
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W.
Atkins and L. L. Jones
Energia interna é função de estado
(depende somente estados inicial e
final e independe do “caminho”).
Trabalho e calor não são funções de
estado.
Ex.: Estados inicial e final idênticos, mas o
trabalho realizado é diferente! (idem para calor).
Atkins and L. L. Jones
Energia interna é função de estado
(depende somente estados inicial e
final e independe do “caminho”).
Trabalho e calor não são funções de
estado.
Ex.: Estados inicial e final idênticos, mas o
trabalho realizado é diferente! (idem para calor).
Se T
i = T
f ΔU=0 e w=-q (ou q=-w)
Se ΔU independe do “caminho”, posso escolher o mais conveniente.
Ex.: Na expansão isotérmica do gás ideal, moléculas sem interação
(E
p=cte) movem-se com mesma velocidade (E
c=cte), portanto, ΔU = 0.
i = T
f ΔU=0 e w=-q (ou q=-w)
Se ΔU independe do “caminho”, posso escolher o mais conveniente.
Ex.: Na expansão isotérmica do gás ideal, moléculas sem interação
(E
p=cte) movem-se com mesma velocidade (E
c=cte), portanto, ΔU = 0.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Suponha que 1,00 mol de moléculas de um gás
ideal, em 292,0 K e 3,00 atm, se expanda de
8,00 L a 20,00 L e atinja a pressão final de 1,20
atm por dois caminhos diferentes. (a) O caminho A
é uma expansão isotérmica reversível. (b) O
caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás
esfria em volume constante até que a pressão
atinja 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se
expande contra uma pressão constante igual a
1,20 atm até que o volume atinja 20,00 L e
T=292,0 K. Determine o trabalho realizado, o
calor transferido e a troca de energia interna (w, q
e ΔU) para os dois caminhos.
a)w=-2,22 kJ , q=+2,22 kJ e
ΔU=0
and L. L. Jones
Suponha que 1,00 mol de moléculas de um gás
ideal, em 292,0 K e 3,00 atm, se expanda de
8,00 L a 20,00 L e atinja a pressão final de 1,20
atm por dois caminhos diferentes. (a) O caminho A
é uma expansão isotérmica reversível. (b) O
caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás
esfria em volume constante até que a pressão
atinja 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se
expande contra uma pressão constante igual a
1,20 atm até que o volume atinja 20,00 L e
T=292,0 K. Determine o trabalho realizado, o
calor transferido e a troca de energia interna (w, q
e ΔU) para os dois caminhos.
a)w=-2,22 kJ , q=+2,22 kJ e
ΔU=0
Suponha que 1,00 mol de moléculas de um gás
ideal, em 292,0 K e 3,00 atm, se expanda de
8,00 L a 20,00 L e atinja a pressão final de 1,20
atm por dois caminhos diferentes. (a) O caminho A
é uma expansão isotérmica reversível. (b) O
caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás
esfria em volume constante até que a pressão
atinja 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se
expande contra uma pressão constante igual a
1,20 atm até que o volume atinja 20,00 L e
T=292,0 K. Determine o trabalho realizado, o
calor transferido e a troca de energia interna (w, q
e ΔU) para os dois caminhos.
a)w=-2,22 kJ , q=+2,22 kJ e
ΔU=0
b)1) w=0 e
2) w=-14,4 L.atm=-1,46 kJ
q=+1,46 kJ e , ΔU=0.
ideal, em 292,0 K e 3,00 atm, se expanda de
8,00 L a 20,00 L e atinja a pressão final de 1,20
atm por dois caminhos diferentes. (a) O caminho A
é uma expansão isotérmica reversível. (b) O
caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás
esfria em volume constante até que a pressão
atinja 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se
expande contra uma pressão constante igual a
1,20 atm até que o volume atinja 20,00 L e
T=292,0 K. Determine o trabalho realizado, o
calor transferido e a troca de energia interna (w, q
e ΔU) para os dois caminhos.
a)w=-2,22 kJ , q=+2,22 kJ e
ΔU=0
b)1) w=0 e
2) w=-14,4 L.atm=-1,46 kJ
q=+1,46 kJ e , ΔU=0.
Suponha que 2,00 mols de CO
2, tratado como um gás ideal, em
2,00 atm e 300. K, são comprimidos isotérmica e
reversivelmente até a metade do volume original, antes de serem
usados para carbonatar a água. Calcule w, q e ΔU.
[Resposta: w=+3,46 kJ; q=-3,46 kJ; ΔU=0]
Suponha que 1,00 kJ de energia é transferida na forma de calor
a oxigênio em um cilindro dotado de um pistão. A pressão externa
é 2,00 atm. O oxigênio expande de 1,00 L a 3,00 L contra essa
pressão constante. Calcule w e ΔU do processo completo. Trate O
2
como um gás ideal.
2, tratado como um gás ideal, em
2,00 atm e 300. K, são comprimidos isotérmica e
reversivelmente até a metade do volume original, antes de serem
usados para carbonatar a água. Calcule w, q e ΔU.
[Resposta: w=+3,46 kJ; q=-3,46 kJ; ΔU=0]
Suponha que 1,00 kJ de energia é transferida na forma de calor
a oxigênio em um cilindro dotado de um pistão. A pressão externa
é 2,00 atm. O oxigênio expande de 1,00 L a 3,00 L contra essa
pressão constante. Calcule w e ΔU do processo completo. Trate O
2
como um gás ideal.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
ORIGEM DA ENERGIA INTERNA
•Temperatura proporcional à U.
•Energia translacional, rotacional
e vibracional.
•Teorema da equipartição.
Valor médio de cada contribuição
quadrática (da velocidade) para a
energia de uma molécula (em uma
amostra) de temperatura T é igual
a ½kT.
k=1,38x10
-23
J.K
-1
�=??????
??????�
and L. L. Jones
ORIGEM DA ENERGIA INTERNA
•Temperatura proporcional à U.
•Energia translacional, rotacional
e vibracional.
•Teorema da equipartição.
Valor médio de cada contribuição
quadrática (da velocidade) para a
energia de uma molécula (em uma
amostra) de temperatura T é igual
a ½kT.
k=1,38x10
-23
J.K
-1
�=??????
??????�
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
•Gás monoatômico.
�
�translação=
�
�
??????
??????��=
�
�
��
•RT=2,48 kJ.mol
-1
(25
o
C).
•Moléculas lineares.
�
�rotação lin.=??????
??????��=��
•Moléculas não-lineares.
•�
�rotação ñ_lin.=
�
�
??????
??????��=
�
�
��
and L. L. Jones
•Gás monoatômico.
�
�translação=
�
�
??????
??????��=
�
�
��
•RT=2,48 kJ.mol
-1
(25
o
C).
•Moléculas lineares.
�
�rotação lin.=??????
??????��=��
•Moléculas não-lineares.
•�
�rotação ñ_lin.=
�
�
??????
??????��=
�
�
��
Algumas reações
produzem gases
(w≠0) além de
calor (q≠0).
+ Calor
produzem gases
(w≠0) além de
calor (q≠0).
+ Calor
ENTALPIA (H)
•Paredes rígidas = volume constante, w=0 e ΔU=q.
•Na Química pressão constante (sistema
aberto).
•Se forma-se gás, trabalho é realizado!
•Então, queremos uma função de estado que
forneça a energia levando em conta a “perda”
com trabalho de expansão.
??????=�+??????�
•Se P=cte (P
ext):
????????????=??????�+????????????�
????????????=�+�+????????????�
????????????=�+??????
�??????????????????�+????????????�
????????????=�
ΔH<0: Exotérmico; ΔH>0: Endotérmico
•Paredes rígidas = volume constante, w=0 e ΔU=q.
•Na Química pressão constante (sistema
aberto).
•Se forma-se gás, trabalho é realizado!
•Então, queremos uma função de estado que
forneça a energia levando em conta a “perda”
com trabalho de expansão.
??????=�+??????�
•Se P=cte (P
ext):
????????????=??????�+????????????�
????????????=�+�+????????????�
????????????=�+??????
�??????????????????�+????????????�
????????????=�
ΔH<0: Exotérmico; ΔH>0: Endotérmico
Em certa reação exotérmica, em pressão constante,
50,0 kJ de calor deixam o sistema na forma de calor e
20,0 kJ de energia deixam o sistema como trabalho de
expansão. Quais são os valores de (a) ΔH e (b) ΔU desse
processo?
[Resposta: (a) -50,0 kJ; (b) -70,0 kJ ]
Em certa reação endotérmica, em pressão constante,
30,0 kJ de energia entraram no sistema na forma de
calor. Os produtos ocuparam menos volume do que os
reagentes e 40,0 kJ de energia entraram no sistema na
forma de trabalho executado pela atmosfera exterior
sobre ele. Quais são os valores de (a) ΔH e (b) ΔU desse
processo?
50,0 kJ de calor deixam o sistema na forma de calor e
20,0 kJ de energia deixam o sistema como trabalho de
expansão. Quais são os valores de (a) ΔH e (b) ΔU desse
processo?
[Resposta: (a) -50,0 kJ; (b) -70,0 kJ ]
Em certa reação endotérmica, em pressão constante,
30,0 kJ de energia entraram no sistema na forma de
calor. Os produtos ocuparam menos volume do que os
reagentes e 40,0 kJ de energia entraram no sistema na
forma de trabalho executado pela atmosfera exterior
sobre ele. Quais são os valores de (a) ΔH e (b) ΔU desse
processo?
CAPACIDADE CALORÍFICA
(com pressão e volume constantes)
•Depende das condições de aquecimento:
Ex.: Se P=cte, parte da energia é usada para expansão.
•Com V=cte, ΔU=q e portanto:
�=??????????????????⇒??????
�=
??????�
??????�
•Com P=cte, ΔH=q e portanto:
�=??????????????????⇒??????
??????=
????????????
??????�
•Comparar C para sólidos, líquidos e gases!
(com pressão e volume constantes)
•Depende das condições de aquecimento:
Ex.: Se P=cte, parte da energia é usada para expansão.
•Com V=cte, ΔU=q e portanto:
�=??????????????????⇒??????
�=
??????�
??????�
•Com P=cte, ΔH=q e portanto:
�=??????????????????⇒??????
??????=
????????????
??????�
•Comparar C para sólidos, líquidos e gases!
RELAÇÃO ENTRE C
P e C
V
??????=�+??????�
??????=�+���
????????????=??????�+��??????� ÷??????�
??????
??????=
????????????
??????�
=
??????�+��??????�
??????�
=
??????�
??????�
+��
??????
??????=??????
�+��
??????
??????,�=??????
�,�+�
P e C
V
??????=�+??????�
??????=�+���
????????????=??????�+��??????� ÷??????�
??????
??????=
????????????
??????�
=
??????�+��??????�
??????�
=
??????�
??????�
+��
??????
??????=??????
�+��
??????
??????,�=??????
�,�+�
Átomos Mol. Lineares Mol. ñ-lineares
C
V,m (3/2)R (5/2)R 3R
C
P,m (5/2)R (7/2)R 4R
??????
??????=??????
�+��
??????
??????,�=??????
�,� +�
Exemplo:
C
V do Ar
(g) = 12,8 J·K
-1
mol
-1
e C
P = 21,1 J·K
-1
mol
-1
.
C
P > C
V sempre! Porque?
Se P=cte, parte do calor expansão! C=q/ΔT
Para gás monoatômico: U=(3/2)RT ΔU=(3/2)RΔT.
Como C
V= ΔU/ΔT
??????
�,�=
�
�
� ∴ ??????
??????,�=
??????
�
�
C
V,m (3/2)R (5/2)R 3R
C
P,m (5/2)R (7/2)R 4R
??????
??????=??????
�+��
??????
??????,�=??????
�,� +�
Exemplo:
C
V do Ar
(g) = 12,8 J·K
-1
mol
-1
e C
P = 21,1 J·K
-1
mol
-1
.
C
P > C
V sempre! Porque?
Se P=cte, parte do calor expansão! C=q/ΔT
Para gás monoatômico: U=(3/2)RT ΔU=(3/2)RΔT.
Como C
V= ΔU/ΔT
??????
�,�=
�
�
� ∴ ??????
??????,�=
??????
�
�
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Calcule a temperatura final e a variação de
energia interna quando 500,0 J de energia
são transferidos, na forma de calor, para
0,900 mol de O
2, em 298,0 K e 1,00
atm, em (a) volume constante; (b) pressão
constante. Trate o gás como ideal.
C
V,m=20,79 J·K
-1
·mol
-1
C
P,m=29,10 J·K
-1
·mol
-1
(a) V=cte
??????�=
�
�??????
??????,�
=+26,7K ?????? �
�=52℃
ΔU = q = +500,0 J
and L. L. Jones
Calcule a temperatura final e a variação de
energia interna quando 500,0 J de energia
são transferidos, na forma de calor, para
0,900 mol de O
2, em 298,0 K e 1,00
atm, em (a) volume constante; (b) pressão
constante. Trate o gás como ideal.
C
V,m=20,79 J·K
-1
·mol
-1
C
P,m=29,10 J·K
-1
·mol
-1
(a) V=cte
??????�=
�
�??????
??????,�
=+26,7K ?????? �
�=52℃
ΔU = q = +500,0 J
Calcule a temperatura final e a variação de
energia interna quando 500,0 J de energia
são transferidos, na forma de calor, para
0,900 mol de O
2, em 298,0 K e 1,00
atm, em (a) volume constante; (b) pressão
constante. Trate o gás como ideal.
(b) P=cte
Processo em 2 etapas: aquecimento c/
V=cte e expansão isotérmica.
??????�=
�
�??????
??????,�
=+19,1K ?????? �
�=44℃
1) Aquecimento:
ΔU=q=nC
VT = +357 J
2) Expansão isotérmica:
ΔU=0.
energia interna quando 500,0 J de energia
são transferidos, na forma de calor, para
0,900 mol de O
2, em 298,0 K e 1,00
atm, em (a) volume constante; (b) pressão
constante. Trate o gás como ideal.
(b) P=cte
Processo em 2 etapas: aquecimento c/
V=cte e expansão isotérmica.
??????�=
�
�??????
??????,�
=+19,1K ?????? �
�=44℃
1) Aquecimento:
ΔU=q=nC
VT = +357 J
2) Expansão isotérmica:
ΔU=0.
Calcule a temperatura final e a variação da energia
interna quando 500,0 J de energia são transferidos, na
forma de calor, para 0,900 mol de Ne
(g) em 298,0 K e
1,00 atm, em (a) volume constante e em; (b) pressão
constante. Trate o gás como ideal.
[Resposta: (a) 343 K e 500,0 J; (b) 325,0 K e 300. J]
Calcule a temperatura final e a variação de energia
interna quando 1,20 kJ de energia é transferido, na
forma de calor, para 1,00 mol de H
2(g), em 298,0 K e
1,00 atm, (a) em volume constante; (b) em pressão
constante. Trate o gás como ideal."
interna quando 500,0 J de energia são transferidos, na
forma de calor, para 0,900 mol de Ne
(g) em 298,0 K e
1,00 atm, em (a) volume constante e em; (b) pressão
constante. Trate o gás como ideal.
[Resposta: (a) 343 K e 500,0 J; (b) 325,0 K e 300. J]
Calcule a temperatura final e a variação de energia
interna quando 1,20 kJ de energia é transferido, na
forma de calor, para 1,00 mol de H
2(g), em 298,0 K e
1,00 atm, (a) em volume constante; (b) em pressão
constante. Trate o gás como ideal."
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
ENTALPIA DE MUDANÇAS FÍSICAS
Fusão e vaporização: Endotérmicas
Condensação e solidificação: Exotérmicas
Se P=cte (P
ext), ΔH=q
??????�
vap=??????�
mvap−??????�
m(liq)
??????�
fus=??????�
mliq−??????�
m(sol)
??????�
sub=??????�
��??????�−??????�
�(sol)
??????�
sub=??????�
fus+??????�
vap
??????�
inverso=−??????�
direto
and L. L. Jones
ENTALPIA DE MUDANÇAS FÍSICAS
Fusão e vaporização: Endotérmicas
Condensação e solidificação: Exotérmicas
Se P=cte (P
ext), ΔH=q
??????�
vap=??????�
mvap−??????�
m(liq)
??????�
fus=??????�
mliq−??????�
m(sol)
??????�
sub=??????�
��??????�−??????�
�(sol)
??????�
sub=??????�
fus+??????�
vap
??????�
inverso=−??????�
direto
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
A uma dada temperatura, fase vapor tem sempre mais energia (maior entalpia) que
fase líquida.
Quanto mais fortes forças intermoleculares, maior a entalpia de vaporização
Como varia a temperatura durante o aquecimento (passando pelas fases)?
and L. L. Jones
A uma dada temperatura, fase vapor tem sempre mais energia (maior entalpia) que
fase líquida.
Quanto mais fortes forças intermoleculares, maior a entalpia de vaporização
Como varia a temperatura durante o aquecimento (passando pelas fases)?
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
A uma dada temperatura, fase vapor tem sempre mais energia (maior entalpia) que
fase líquida.
Quanto mais fortes forças intermoleculares, maior a entalpia de vaporização
Como varia a temperatura durante o aquecimento (passando pelas fases)?
and L. L. Jones
A uma dada temperatura, fase vapor tem sempre mais energia (maior entalpia) que
fase líquida.
Quanto mais fortes forças intermoleculares, maior a entalpia de vaporização
Como varia a temperatura durante o aquecimento (passando pelas fases)?
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and L. L. Jones
CURVAS DE AQUECIMENTO
•Pressão e veloc. aquecimento = cte.
•Aumento de H também!
•Durante as mudanças, energia é usada para vencer forças
atrativas.
Inclinação reta é
inversamente
proporcional à
capacidade cal.
and L. L. Jones
CURVAS DE AQUECIMENTO
•Pressão e veloc. aquecimento = cte.
•Aumento de H também!
•Durante as mudanças, energia é usada para vencer forças
atrativas.
Inclinação reta é
inversamente
proporcional à
capacidade cal.
ENTALPIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS
•Transferência de energia (calor) ocorre em todas as
reações química!
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
l Δ�=−890,0 kJ
•X 2...
2CH
4(g)+4O
2(g)⟶2CO
2g+4H
2O
l Δ�=−1780,0 kJ
•O inverso...
CO
2g+2H
2O
l⟶CH
4(g)+2O
2(g) Δ�=+890,0 kJ
•Transferência de energia (calor) ocorre em todas as
reações química!
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
l Δ�=−890,0 kJ
•X 2...
2CH
4(g)+4O
2(g)⟶2CO
2g+4H
2O
l Δ�=−1780,0 kJ
•O inverso...
CO
2g+2H
2O
l⟶CH
4(g)+2O
2(g) Δ�=+890,0 kJ
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and L. L. Jones
Quando 0,113 g de benzeno, C
6H
6, queima
em excesso de oxigênio, em um calorímetro
de pressão constante calibrado cuja
capacidade calorífica é 551 J·(
o
C)
-1
, a
temperatura do calorímetro aumenta
8,60
o
C. Escreva a equação termoquímica e
calcule a entalpia de reação de
(M
benz=78,12 g·mol
-1
):
2C
6H
6(l)
+15O
2l⟶12CO
2g+6H
2O
(l)
Exotérmica (T ↑); ΔH<0
q = C·ΔT = 4,74 kJ
Devido a queima de 0,113 g de C
6H
6.
ΔH = q e n = m/M
ΔH = q·(2/n) = -6,55 MJ
and L. L. Jones
Quando 0,113 g de benzeno, C
6H
6, queima
em excesso de oxigênio, em um calorímetro
de pressão constante calibrado cuja
capacidade calorífica é 551 J·(
o
C)
-1
, a
temperatura do calorímetro aumenta
8,60
o
C. Escreva a equação termoquímica e
calcule a entalpia de reação de
(M
benz=78,12 g·mol
-1
):
2C
6H
6(l)
+15O
2l⟶12CO
2g+6H
2O
(l)
Exotérmica (T ↑); ΔH<0
q = C·ΔT = 4,74 kJ
Devido a queima de 0,113 g de C
6H
6.
ΔH = q e n = m/M
ΔH = q·(2/n) = -6,55 MJ
RELAÇÃO ENTRE ΔU e ΔH
•Qual o calor da combustão da glicose (V=cte)? R.: ΔU.
•Qual o calor gerado no metabolismo (P=cte)? R.: ΔH.
•E se além de calor são gerados gases durante a reação?
�
??????=�
??????+��
??????=�
??????+�
????????????�
e
�
�=�
�+��
�=�
�+�
�??????�
daí
Δ�=Δ�+Δ�
gás??????�
•Se não são produzidos gases, ΔH = ΔU.
•ΔH é menos negativo que ΔU (reações exotérmicas
com gases); parte do calor usado na expansão do gás.
•Qual o calor da combustão da glicose (V=cte)? R.: ΔU.
•Qual o calor gerado no metabolismo (P=cte)? R.: ΔH.
•E se além de calor são gerados gases durante a reação?
�
??????=�
??????+��
??????=�
??????+�
????????????�
e
�
�=�
�+��
�=�
�+�
�??????�
daí
Δ�=Δ�+Δ�
gás??????�
•Se não são produzidos gases, ΔH = ΔU.
•ΔH é menos negativo que ΔU (reações exotérmicas
com gases); parte do calor usado na expansão do gás.
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and L. L. Jones
Um calorímetro de volume constante mostrou que a perda de
calor que acompanha a combustão de 1,000 mol de moléculas
de glicose na reação C
6H
12O
6(s)+6O
2(g)⟶6CO
2g+6H
2O
(g) é
2559,0 kJ em 298,0 K, ou seja, ΔU=-2.559,0 kJ. Qual é a
variação de entalpia da mesma reação?
ΔH = -2544 kJ.
and L. L. Jones
Um calorímetro de volume constante mostrou que a perda de
calor que acompanha a combustão de 1,000 mol de moléculas
de glicose na reação C
6H
12O
6(s)+6O
2(g)⟶6CO
2g+6H
2O
(g) é
2559,0 kJ em 298,0 K, ou seja, ΔU=-2.559,0 kJ. Qual é a
variação de entalpia da mesma reação?
ΔH = -2544 kJ.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
A equação termoquímica da combustão do ciclohexano, C
6H
12,
é em 298 K. Qual é a variação de energia interna da
combustão de 1,00 mol de C
6H
12(l), em 298 K?
[Resposta: -3,91 x 10
3
kJ]
A reação foi estudada como parte de uma pesquisa para usar
alumínio em pó como combustível de foguetes. Determinou-se
que 1,000 mol de Al produziu 3378,0 kJ de calor sob
condições de pressão constante, em 1.000,0
o
C. Qual é a
variação de energia interna da combustão de 1,00 mol de Al,
em 1.000,0
o
C?
and L. L. Jones
A equação termoquímica da combustão do ciclohexano, C
6H
12,
é em 298 K. Qual é a variação de energia interna da
combustão de 1,00 mol de C
6H
12(l), em 298 K?
[Resposta: -3,91 x 10
3
kJ]
A reação foi estudada como parte de uma pesquisa para usar
alumínio em pó como combustível de foguetes. Determinou-se
que 1,000 mol de Al produziu 3378,0 kJ de calor sob
condições de pressão constante, em 1.000,0
o
C. Qual é a
variação de energia interna da combustão de 1,00 mol de Al,
em 1.000,0
o
C?
ENTALPIA PADRÃO DE
REAÇÃO
•Calor liberado (absorvido) pela
reação depende do estado
físico dos reagentes e
produtos.
•Padrão: forma pura a 1 bar.
•Fácil calcular calor da
combustão da glicose a V=cte.
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
l Δ�=−890,0 kJ
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
g Δ�=−802,0 kJ
REAÇÃO
•Calor liberado (absorvido) pela
reação depende do estado
físico dos reagentes e
produtos.
•Padrão: forma pura a 1 bar.
•Fácil calcular calor da
combustão da glicose a V=cte.
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
l Δ�=−890,0 kJ
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
g Δ�=−802,0 kJ
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and L. L. Jones
A uma dada temperatura, fase vapor tem sempre mais energia (maior entalpia) que
fase líquida.
Quanto mais fortes forças intermoleculares, maior a entalpia de vaporização
Como varia a temperatura durante o aquecimento (passando pelas fases)?
and L. L. Jones
A uma dada temperatura, fase vapor tem sempre mais energia (maior entalpia) que
fase líquida.
Quanto mais fortes forças intermoleculares, maior a entalpia de vaporização
Como varia a temperatura durante o aquecimento (passando pelas fases)?
ENTALPIA PADRÃO DE
REAÇÃO
•Calor liberado (absorvido) pela
reação depende do estado
físico dos reagentes e
produtos.
•Padrão: forma pura a 1 bar.
•Fácil calcular calor da
combustão da glicose a V=cte.
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
l Δ�=−890,0 kJ
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
g Δ�=−802,0 kJ
•Especificar o estado!
REAÇÃO
•Calor liberado (absorvido) pela
reação depende do estado
físico dos reagentes e
produtos.
•Padrão: forma pura a 1 bar.
•Fácil calcular calor da
combustão da glicose a V=cte.
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
l Δ�=−890,0 kJ
CH
4(g)+2O
2(g)⟶CO
2g+2H
2O
g Δ�=−802,0 kJ
•Especificar o estado!
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and L. L. Jones
and L. L. Jones
LEI DE HESS
•Entalpia é função de estado.
“Entalpia da reação global é soma
das entalpias das etapas em que a
reação pode ser dividida.”
OBS: Mesmo que a reação (total ou
intermediária) não ocorra na realidade.
C
(gr)+
1
2
O
2
(g)
⟶CO
g Δ�°=−110,5 kJ
CO
(g)+
1
2
O
2
(g)
⟶CO
2g Δ�°=−283,0 kJ
C
(gr)+O
2(g)
⟶CO
2g Δ�°=−393,5 kJ
•Entalpia é função de estado.
“Entalpia da reação global é soma
das entalpias das etapas em que a
reação pode ser dividida.”
OBS: Mesmo que a reação (total ou
intermediária) não ocorra na realidade.
C
(gr)+
1
2
O
2
(g)
⟶CO
g Δ�°=−110,5 kJ
CO
(g)+
1
2
O
2
(g)
⟶CO
2g Δ�°=−283,0 kJ
C
(gr)+O
2(g)
⟶CO
2g Δ�°=−393,5 kJ
Examinemos a síntese do propano, C
3H
8, um gás usado
como combustível em fogões de acampamentos: 3C
(gr)+
4H
2(g)
⟶C
3H
8g.É difícil medir diretamente a variação de
entalpia dessa reação. As entalpias de reações de
combustão, porém, são mais fáceis de medir. Calcule a
entalpia padrão da reação a partir dos seguintes dados
experimentais:
C
3H
8(g)
+5O
2(g)
⟶3CO
2g+4H
2O
l Δ�°=−2220 kJ
C
(gr)+O
2(g)
⟶CO
2g Δ�°= −394 kJ
H
2(g)
+
1
2
O
2(g)
⟶H
2O
l Δ�°= −286 kJ
Resp.: ΔH° = -106 kJ
3H
8, um gás usado
como combustível em fogões de acampamentos: 3C
(gr)+
4H
2(g)
⟶C
3H
8g.É difícil medir diretamente a variação de
entalpia dessa reação. As entalpias de reações de
combustão, porém, são mais fáceis de medir. Calcule a
entalpia padrão da reação a partir dos seguintes dados
experimentais:
C
3H
8(g)
+5O
2(g)
⟶3CO
2g+4H
2O
l Δ�°=−2220 kJ
C
(gr)+O
2(g)
⟶CO
2g Δ�°= −394 kJ
H
2(g)
+
1
2
O
2(g)
⟶H
2O
l Δ�°= −286 kJ
Resp.: ΔH° = -106 kJ
O metanol é um combustível líquido de queima limpa, que
está sendo considerado como um substituto da gasolina.
Suponha que ele pode ser produzido na reação controlada
de oxigênio do ar com metano. Determine a entalpia
padrão de reação da formação de 1,0 mol de CH
3OH
(l) a
partir de metano e oxigênio, dadas as seguintes
informações:
CH
4(g)
+H
2O
(g)⟶CO
g+3H
2g Δ�°=+206,10 kJ
2H
2(gr)+CO
(g)⟶CH
3OH
� Δ�°= +128,33 kJ
2H
2(g)
+O
2(g)
⟶2H
2O
g Δ�°= +434,64 kJ
está sendo considerado como um substituto da gasolina.
Suponha que ele pode ser produzido na reação controlada
de oxigênio do ar com metano. Determine a entalpia
padrão de reação da formação de 1,0 mol de CH
3OH
(l) a
partir de metano e oxigênio, dadas as seguintes
informações:
CH
4(g)
+H
2O
(g)⟶CO
g+3H
2g Δ�°=+206,10 kJ
2H
2(gr)+CO
(g)⟶CH
3OH
� Δ�°= +128,33 kJ
2H
2(g)
+O
2(g)
⟶2H
2O
g Δ�°= +434,64 kJ
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
and L. L. Jones
Que quantidade de butano deveríamos
levar, quando vamos acampar? Calcule
a massa de butano necessária para
obter, por combustão, 350,0 kJ de
calor, energia suficiente para aquecer
1,0 L de água a partir de 17,0
o
C até
a temperatura de ebulição (ignorando
as perdas de calor). A equação
termoquímica é:
2C
4H
10(g)+13O
2(g)⟶8CO
2g+10H
2O
l ΔH°=−5756 kJ
n(C
4H
10)=(350kJ)x(2mols/5756kJ)
n(C
4H
10)=0,122 mols
m=nM=(0,122mols)x(58,12g/mol)
m=7,07 g
levar, quando vamos acampar? Calcule
a massa de butano necessária para
obter, por combustão, 350,0 kJ de
calor, energia suficiente para aquecer
1,0 L de água a partir de 17,0
o
C até
a temperatura de ebulição (ignorando
as perdas de calor). A equação
termoquímica é:
2C
4H
10(g)+13O
2(g)⟶8CO
2g+10H
2O
l ΔH°=−5756 kJ
n(C
4H
10)=(350kJ)x(2mols/5756kJ)
n(C
4H
10)=0,122 mols
m=nM=(0,122mols)x(58,12g/mol)
m=7,07 g
A equação termoquímica da combustão do propano é:
C
3H
8(g)+5O
2(g)⟶3CO
2g+4H
2O
l Δ�°=−2220,0 kJ. Que
massa de propano deve ser queimada para fornecer
350,0 kJ de calor? Seria melhor carregar propano ou
butano?
[Resposta: 6,95 g. O propano é mais leve.]
Etanol, na forma de gel, é um combustível muito usado
em acampamentos. Que massa de etanol deve ser
queimada para fornecer 350,0 kJ de calor? A equação
termoquímica da combustão é:
C
2�
5��
(�)+3O
2(g)⟶2CO
2g+3H
2O
l Δ�°=−1368,0 kJ.
C
3H
8(g)+5O
2(g)⟶3CO
2g+4H
2O
l Δ�°=−2220,0 kJ. Que
massa de propano deve ser queimada para fornecer
350,0 kJ de calor? Seria melhor carregar propano ou
butano?
[Resposta: 6,95 g. O propano é mais leve.]
Etanol, na forma de gel, é um combustível muito usado
em acampamentos. Que massa de etanol deve ser
queimada para fornecer 350,0 kJ de calor? A equação
termoquímica da combustão é:
C
2�
5��
(�)+3O
2(g)⟶2CO
2g+3H
2O
l Δ�°=−1368,0 kJ.
ENTALPIA PADRÃO DE
FORMAÇÃO
•Padrão: forma pura a 1 bar.
“Entalpia padrão da reação por mol
de fórmula unitária da formação de
uma substância a partir de seus
elementos na sua forma mais
estável."
2C
(gr)+3H
2(g)+
1
2
O
2(g)⟶�C
2H
5OH
l Δ�
�
°
=−277,69 kJ
C
(gr)⟶C
2diamante Δ�
�
°
=+1,9 kJ
FORMAÇÃO
•Padrão: forma pura a 1 bar.
“Entalpia padrão da reação por mol
de fórmula unitária da formação de
uma substância a partir de seus
elementos na sua forma mais
estável."
2C
(gr)+3H
2(g)+
1
2
O
2(g)⟶�C
2H
5OH
l Δ�
�
°
=−277,69 kJ
C
(gr)⟶C
2diamante Δ�
�
°
=+1,9 kJ
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
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©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Use as informações da Tabela 7.5 e a entalpia de
combustão do gás propano, um gás que é muito
usado em fogões de acampamento e em churrascos ao
ar livre, para calcular sua entalpia de formação.
C
3H
8(g)+5O
2(g)⟶3CO
2g+4H
2O
l Δ�°=−2220,00 kJ
∑�Δ�
�
??????
prod=3×Δ�
�
??????
CO
2,g +4×Δ�
�
??????
H
2O,l
∑�Δ�
�
??????
prod=−2323,85 kJ
∑�Δ�
�
??????
reag=1×Δ�
�
??????
C
3H
8,g +5×Δ�
�
??????
O
2,g
Δ�
�
??????
=∑�Δ�
�
??????
prod−∑�Δ�
�
??????
reag
−2220,00 kJ=−2323,85 kJ−Δ�
�
??????
C
3H
8,g
Δ�
�
??????
C
3H
8,g =−103,85 kJ
and L. L. Jones
Use as informações da Tabela 7.5 e a entalpia de
combustão do gás propano, um gás que é muito
usado em fogões de acampamento e em churrascos ao
ar livre, para calcular sua entalpia de formação.
C
3H
8(g)+5O
2(g)⟶3CO
2g+4H
2O
l Δ�°=−2220,00 kJ
∑�Δ�
�
??????
prod=3×Δ�
�
??????
CO
2,g +4×Δ�
�
??????
H
2O,l
∑�Δ�
�
??????
prod=−2323,85 kJ
∑�Δ�
�
??????
reag=1×Δ�
�
??????
C
3H
8,g +5×Δ�
�
??????
O
2,g
Δ�
�
??????
=∑�Δ�
�
??????
prod−∑�Δ�
�
??????
reag
−2220,00 kJ=−2323,85 kJ−Δ�
�
??????
C
3H
8,g
Δ�
�
??????
C
3H
8,g =−103,85 kJ
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and L. L. Jones
Calcule a entalpia padrão de formação do etino, o
combustível usado nos maçaricos de solda de
oxiacetileno, a partir das informações das Tabelas
7.4 e 7.5.
[Resposta: +227 kJ·mol
-1
]
Calcule a entalpia padrão de formação da uréia,
CO(NH
2)
2, um subproduto do metabolismo das
proteínas, a partir das informações das Tabelas 7.4 e
7.5.
and L. L. Jones
Calcule a entalpia padrão de formação do etino, o
combustível usado nos maçaricos de solda de
oxiacetileno, a partir das informações das Tabelas
7.4 e 7.5.
[Resposta: +227 kJ·mol
-1
]
Calcule a entalpia padrão de formação da uréia,
CO(NH
2)
2, um subproduto do metabolismo das
proteínas, a partir das informações das Tabelas 7.4 e
7.5.
CICLO DE BORN-HABER
•Caminho (fechado) de etapas, uma das quais é a
formação da rede de um sólido a partir dos seus
íons na fase gás.
• Formação de sólido: Modelo Iônico – Coulomb...
??????=
??????
1??????
2??????
2
4????????????
0�
12
•Caminho (fechado) de etapas, uma das quais é a
formação da rede de um sólido a partir dos seus
íons na fase gás.
• Formação de sólido: Modelo Iônico – Coulomb...
??????=
??????
1??????
2??????
2
4????????????
0�
12
REPLAY
LIGAÇÃO IÔNICA TEM CARÁTER GLOBAL
ENERGIA DE REDE
REPLAY
ENERGIA DE REDE
REPLAY
CICLO DE BORN-HABER
•Caminho (fechado) de etapas, uma das quais é a
formação da rede de um sólido a partir dos seus
íons na fase gás.
• Formação de sólido: Modelo Iônico – Coulomb...
??????=
??????
1??????
2??????
2
4????????????
0�
12
•Entalpia de rede do sólido, Δ�
??????:
“DIFERENÇA DE ENTALPIA MOLAR ENTRE O
SÓLIDO E UM GÁS DE ÍONS MUITO SEPARADOS.”
Calor necessário para vaporizar o sálido, sob pressão constante.
•Caminho (fechado) de etapas, uma das quais é a
formação da rede de um sólido a partir dos seus
íons na fase gás.
• Formação de sólido: Modelo Iônico – Coulomb...
??????=
??????
1??????
2??????
2
4????????????
0�
12
•Entalpia de rede do sólido, Δ�
??????:
“DIFERENÇA DE ENTALPIA MOLAR ENTRE O
SÓLIDO E UM GÁS DE ÍONS MUITO SEPARADOS.”
Calor necessário para vaporizar o sálido, sob pressão constante.
ETAPAS DO CICLO BH
•SÓLIDO EM ÁTOMOS.
•ÁTOMOS EM ÍONS.
•ÍONS EM GÁS.
•GÁS EM SÓLIDO *.
* Desconhecida!
Soma das variações de
entalpia = 0.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
•SÓLIDO EM ÁTOMOS.
•ÁTOMOS EM ÍONS.
•ÍONS EM GÁS.
•GÁS EM SÓLIDO *.
* Desconhecida!
Soma das variações de
entalpia = 0.
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and L. L. Jones
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
and L. L. Jones
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and L. L. Jones
Imagine um ciclo de Born-Haber e use-o para calcular a
entalpia de rede do cloreto de potássio.
K
(s)⟶K
g Δ�
�=+89 kJ∙mol
−1
.
1
2 Cl
2(g)⟶Cl
g Δ�
�=+122 kJ∙mol
−1
.
K
(g)⟶K
g
+
+e
−
Δ�
�=+418 kJ∙mol
−1
.
Cl
(g)+??????
−
⟶Cl
g
−
Δ�
�=−349 kJ∙mol
−1
.
K
(s)+
1
2 Cl
2(g)⟶KCl
s Δ�
�=+437 kJ∙mol
−1
.
Δ�
??????=89+122+418−349+437.
Δ�
??????=+717 kJ∙mol
−1
.
and L. L. Jones
Imagine um ciclo de Born-Haber e use-o para calcular a
entalpia de rede do cloreto de potássio.
K
(s)⟶K
g Δ�
�=+89 kJ∙mol
−1
.
1
2 Cl
2(g)⟶Cl
g Δ�
�=+122 kJ∙mol
−1
.
K
(g)⟶K
g
+
+e
−
Δ�
�=+418 kJ∙mol
−1
.
Cl
(g)+??????
−
⟶Cl
g
−
Δ�
�=−349 kJ∙mol
−1
.
K
(s)+
1
2 Cl
2(g)⟶KCl
s Δ�
�=+437 kJ∙mol
−1
.
Δ�
??????=89+122+418−349+437.
Δ�
??????=+717 kJ∙mol
−1
.
ENTALPIAS DE LIGAÇÃO, ????????????
??????
•Reação: ligações quebradas (endo) e formadas (exo).
•Diferença entre as entalpias padrão molares da
molécula X—Y e de seus fragmentos X e Y.
Δ�
BX−Y=�
m
o
X,g+�
m
o
Y,g−�
m
o
XY,g
Exemplos:
H
2(g)⟶2H
g Δ�
o
=+436 kJ
Δ�
BH−H=+436 kJ∙mol
−1
X
2(l)⟶2X
(g)
Δ�
o
=Δ�
vap
o
X
2,l+Δ�
B
o
(X−X)
Altera ΔH
B de um
composto para outro.
??????
•Reação: ligações quebradas (endo) e formadas (exo).
•Diferença entre as entalpias padrão molares da
molécula X—Y e de seus fragmentos X e Y.
Δ�
BX−Y=�
m
o
X,g+�
m
o
Y,g−�
m
o
XY,g
Exemplos:
H
2(g)⟶2H
g Δ�
o
=+436 kJ
Δ�
BH−H=+436 kJ∙mol
−1
X
2(l)⟶2X
(g)
Δ�
o
=Δ�
vap
o
X
2,l+Δ�
B
o
(X−X)
Altera ΔH
B de um
composto para outro.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Valores positivos!
and L. L. Jones
Valores positivos!
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and L. L. Jones
Valores positivos!
and L. L. Jones
Valores positivos!
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Estime a variação de entalpia da reação entre
o iodo-etano, na fase gás, e o vapor de água:
??????�
3??????�
2�
(�)+�
2�
(�)⟶??????�
3??????�
2��
�+��
(�)
Reagentes:
1 mol de ligações C-I = 238 kJ·mol
-1
1 mol de ligações O-H = 463 kJ·mol
-1
Δ�
o
=238+463=701 kJ
Produtos:
1 mol de ligações C-O = 360 kJ·mol
-1
1 mol de ligações H-I = 299 kJ·mol
-1
Δ�
o
=−360+299=−659 kJ
Δ�
o
=701+−659=+42 kJ
and L. L. Jones
Estime a variação de entalpia da reação entre
o iodo-etano, na fase gás, e o vapor de água:
??????�
3??????�
2�
(�)+�
2�
(�)⟶??????�
3??????�
2��
�+��
(�)
Reagentes:
1 mol de ligações C-I = 238 kJ·mol
-1
1 mol de ligações O-H = 463 kJ·mol
-1
Δ�
o
=238+463=701 kJ
Produtos:
1 mol de ligações C-O = 360 kJ·mol
-1
1 mol de ligações H-I = 299 kJ·mol
-1
Δ�
o
=−360+299=−659 kJ
Δ�
o
=701+−659=+42 kJ
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
Use as entalpias de ligação para estimar a entalpia
padrão da reação:
CCl
3CHCl
2(g)+2HF
(g)⟶CCl
3CHF
2(g)+2HCl
(g)
[Resp.: -24 kJ·mol
-1
]
Use as entalpias de ligação para estimar a entalpia
padrão da reação de 1,00 mol de CH
4(gás) com
F
2(gás) para formar CH
2F
2(gás) e HF(gás).
and L. L. Jones
Use as entalpias de ligação para estimar a entalpia
padrão da reação:
CCl
3CHCl
2(g)+2HF
(g)⟶CCl
3CHF
2(g)+2HCl
(g)
[Resp.: -24 kJ·mol
-1
]
Use as entalpias de ligação para estimar a entalpia
padrão da reação de 1,00 mol de CH
4(gás) com
F
2(gás) para formar CH
2F
2(gás) e HF(gás).
VARIAÇÃO DE ENTALPIA COM A TEMPERATURA
•Combustão glicose a 25
o
C e no corpo humano (37
o
C).
•Entalpias aumentam com a temperatura.
•Depende da capacidade calorífica (P=cte).
Lei de Kirchhoff
Δ�
o
�
2=Δ�
o
�
1+�
2−�
1Δ??????
??????
Δ??????
??????=∑�??????
??????,mprod−∑�??????
??????,mreag
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
•Combustão glicose a 25
o
C e no corpo humano (37
o
C).
•Entalpias aumentam com a temperatura.
•Depende da capacidade calorífica (P=cte).
Lei de Kirchhoff
Δ�
o
�
2=Δ�
o
�
1+�
2−�
1Δ??????
??????
Δ??????
??????=∑�??????
??????,mprod−∑�??????
??????,mreag
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins
and L. L. Jones
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W.
Atkins and L. L. Jones
A entalpia de reação padrão de �
2(�)+3�
2(�)⟶
2��
3(�) é -92,22 kJ·mol
-1
, em 298 K. A síntese
industrial ocorre em 450
o
C. Qual é a entalpia
padrão da reação nessa temperatura?
Δ??????
??????=2×??????
??????,mNH
3,g−{1×??????
??????,mN
2,g+
3×??????
??????,mH
2,g}
Δ??????
??????=2×35,06−{1×29,12+
3×28,82}=−45,46 J∙K
−1
∙mol
−1
Δ�=425 K
Δ�
o
�
2=Δ�
o
�
1+�
2−�
1Δ??????
??????
Δ�
o
450 K=−92,22 kJ+
{(425 K)×(−45,46 J∙K
−1
∙mol
−1
)}
Δ�
o
450 K=−111,54 kJ
Atkins and L. L. Jones
A entalpia de reação padrão de �
2(�)+3�
2(�)⟶
2��
3(�) é -92,22 kJ·mol
-1
, em 298 K. A síntese
industrial ocorre em 450
o
C. Qual é a entalpia
padrão da reação nessa temperatura?
Δ??????
??????=2×??????
??????,mNH
3,g−{1×??????
??????,mN
2,g+
3×??????
??????,mH
2,g}
Δ??????
??????=2×35,06−{1×29,12+
3×28,82}=−45,46 J∙K
−1
∙mol
−1
Δ�=425 K
Δ�
o
�
2=Δ�
o
�
1+�
2−�
1Δ??????
??????
Δ�
o
450 K=−92,22 kJ+
{(425 K)×(−45,46 J∙K
−1
∙mol
−1
)}
Δ�
o
450 K=−111,54 kJ
A entalpia de reação padrão de 4 Al
(�)+3O
2(�)⟶
2Al
2O
3(g) é -3351,0 kJ·mol
-1
, em 298 K. Estime
seu valor em 1000°C.
[Resp.: -3378 kJ·mol
-1
]
A entalpia padrão de formação do nitrato de
amônio é -365,56 kJ·mol
-1
, em 298,15 K. Estime
seu valor em 250
o
C.
(�)+3O
2(�)⟶
2Al
2O
3(g) é -3351,0 kJ·mol
-1
, em 298 K. Estime
seu valor em 1000°C.
[Resp.: -3378 kJ·mol
-1
]
A entalpia padrão de formação do nitrato de
amônio é -365,56 kJ·mol
-1
, em 298,15 K. Estime
seu valor em 250
o
C.
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