Termoquímica espontaneidade de reações químicas.PPTX

Resumo em slides quimica

1. Termoquímica : espontaneidade de reações químicas

2. A entropia e a espontaneidade das reações 1ª lei da termodinâmica trata da conservação da energia. A primeira lei, porém, não traz informações sobre o sentido espontâneo de uma reação. 2 Um processo espontâneo é aquele que acontece por conta própria, sem qualquer assistência externa. Um processo espontâneo ocorre uma única direção. Fonte: Brown, 2017 O inverso de qualquer processo espontâneo é sempre não espontâneo.

3. A entropia e a espontaneidade das reações De modo geral, os processos que são espontâneos em uma direção não são espontâneos na direção oposta. Condições experimentais, como temperatura e pressão, costumam ser importantes para determinar se um processo é espontâneo. 3 Um bloco metálico aquecido, esfria espontaneamente. O processo inverso não ocorre Fonte: Atkins, 2018 Espontaneidade pode depender da temperatura Fonte: Brown, 2017

4. A entropia e a espontaneidade das reações O simples fato de um processo ser espontâneo não significa necessariamente que ele vá ocorrer a uma velocidade perceptível. A termodinâmica revela a direção e a extensão de uma reação, mas não diz nada sobre a velocidade ; esta faz parte do domínio da cinética . 4 Termodinâmica  Reação Espontânea Cinética  Tempo necessário para a transformação muito elevado. Grafite (a) e Diamante (b) a) b) espontânea

5. 5 A entropia e a espontaneidade das reações A 2ª lei relaciona-se com a espontaneidade das reações. Segundo ela, para um processo ser espontâneo, deverá ocorrer um aumento da desordem. “ Todo processo espontâneo é acompanhado por um aumento da desordem do universo”. Um gás que preenche um recipiente espontaneamente Fonte: Atkins, 2018 Espontâneo Não espontâneo A expansão do gás provoca um aumento da desordem do sistema. Isso ocorre por que as moléculas do gás vão se mover aleatoriamente e espontaneamente, espalhando-se por todo o recipiente.

6. A entropia e a espontaneidade das reações Para compreender a espontaneidade , devemos examinar a grandeza termodinâmica chamada entropia . De modo geral, a entropia (S) está associada ao grau de desordem do sistema. A entropia , de um sistema é uma função de estado assim como a energia interna , U, e a entalpia , H. 6

7. 7 A entropia e a espontaneidade das reações A entropia do universo aumenta em qualquer processo espontâneo. A espontaneidade de uma reação envolve dois conceitos termodinâmicos: entalpia e entropia . Como podemos usar ΔH e ΔS para determinar se certa reação que ocorre a temperatura e pressão constantes será espontânea ? J. Willard Gibbs (1839–1903) propôs uma nova função de estado, agora chamada de energia livre de Gibbs (ou apenas energia livre), G, para um processo isotérmico.

8. Não espontâneo 8 A entropia e a espontaneidade das reações O sinal de  G nos fornece informações importantes sobre a espontaneidade de processos que ocorrem a T e p constantes. Se T e p são constantes, podemos dizer que Se  G < 0 a reação é espontânea no sentido direto. Se  G = 0 a reação está em equilíbrio. Se  G > 0 a reação no sentido direto não é espontânea O estado de equilíbrio de um sistema corresponde ao ponto de mínimo da curva Fonte: Atkins, 2018 Espontâneo

9. 9 A entropia e a espontaneidade das reações Fatores que favorecem a espontaneidade Fonte: Atkins, 2018 Podemos avaliar a espontaneidade de uma reação por meio de uma análise da expressão  G =  H - T  S , considerando os valores da entalpia e da entropia. O sinal de  G irá depender dos sinais e das ordens de grandezas de  H e -T  S H S O processo é espontâneo? - - + + - + + - Sim, se lT S l < lHl , G < 0 Sim, se T S > H, G < 0 Sim, G < 0 Não, G > 0

10. Um exemplo... 10 Calcule a variação da energia livre de Gibbs ( G) do processo de fusão da água pura a 1atm nas temperaturas de 10,0 °C e 0,0 °C. Verifique para cada temperatura se a fusão é espontânea ou não. Considere o  fus H = 6,01 kJ.mol -1 e o  fus S = 22,0 J.mol -1 .K -1 e independentes da temperatura. T (K) = 273,15 + 0 = 273,15  G =  fus H - T  fus S  G = 6,01 x10 3 J.mol -1 - 273,15 K.( 22,0 J. mol -1 K -1 )  G = + 0,7 J.mol -1 O valor de  G nos mostra que esse processo não é espontâneo T (K) = 273,15 + 10 = 283,15  G =  fus H - T  fus S  G = 6,01 x10 3 J.mol -1 - 283,15 K.( 22,0 J. mol -1 K -1 )  G = -219,3 J.mol -1 O valor de  G nos mostra que esse processo é espontâneo

11. Resumindo... Espontaneidade. Entropia é descrita em função da desordem de um sistema. Processo espontâneo tende a conduzir a um aumento global da entropia do universo. Energia livre de Gibbs ( G) nos ajuda a determinar a espontaneidade de uma reação. Variação da energia livre depende da variação da entalpia ( H) e da variação da entropia ( S) a pressão e temperatura constante. 11

12. Referencias usadas 12 ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman , 2018. BROWN , T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J.R. Química. A Ciência Central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2017. CHANG, R.; GOLDSBY, K. A. Química . 11. ed. Porto Alegre: Bookman , 2013. KOTZ, J.; TREICHEL, P.; TOWNSEND, J.; TREICHEL, D. Química geral e reações químicas - vol. I. 3.ed. São Paulo, Cengage Learning, 2015. BALL, David W. Físico-química – vol. I São Paulo: Cengage Learning, 2005