Termodinâmica 1.ª lei

Termodinâmica 1.ª lei

(Parte 1 de 4)

Maria da Conceição Paiva 1

Baseadono livro: Atkins’Physical Chemistry

Eighth Edition Peter Atkins •Julio de Paula

Capítulo2. A 1ªLei da Termodinâmica

Parte 1: trabalho, calore energia; energiainterna; trabalho de expansão; calor; entalpia

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Conceitos básicos: -Um sistema aberto pode trocar matéria e energia com o exterior

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Trabalho, Calor e Energia

Trabalhopode ser definido como o movimento contra uma força que se opõe.

A energiade um sistema éa capacidade que esse sistema tem para realizar trabalho.

Quando um sistema exerce trabalho sobre o meio exterior, a energia do sistema éreduzida, ficando este com menor capacidade para produzir energia.

Fe (s) + 2HCl (aq) FeCl2 (aq) + H2 (g)

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Quando a energia do sistema éalterada devido a uma diferença de temperatura entre o sistema e o exterior, diz-se que houve variação de energia por transferência de calor.

Processo exotérmico: processo em que se liberta energia sob a forma de calor.

Processo endotérmico: processo no qual o sistema adquire energia do exterior sob a forma de calor.

a)Processo endotérmiconum sistema adiabático: a temperatura do sistema diminui b)Processo exotérmico num sistema adiabático: a temperatura do sistema aumenta c)e d) num sistema diatérmico, um processo endotérmicoou exotérmico também produz diminuição ou aumento de temperatura, mas a temperatura global mantém-se constante pois éequilibrada pelo exterior

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Energia transferida para o exterior na forma de calor -os átomos ou moléculas do exterior aumentam os seus movimentos aleatórios:

Energia transferida para o exterior na forma de trabalho produzido pelo sistema -traduzse num movimento ordenado do exterior:

Duas formas de energia com características diferentes:

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Energia Interna, U

Em termodinâmica, a energia total de um sistema édesignada por energia interna, U. A energia interna éa energia total, cinética e potencial, das moléculas que constituem o sistema. Quando um sistema passa de um estado inicial ia um estado final f, a variação de energia interna ΔU:

ΔU = Uf-U i

A energia interna éuma função de estado; o seu valor depende apenas do estado presente do sistema, e éindependente da forma como o sistema o atingiu.

A energia interna éuma propriedade extensiva. A alteração de uma variável de estado, tal como a pressão, origina uma variação de energia interna.

Energia interna, calor e trabalho medem-se em joule (J).

1 J = 1 kg m

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1ªLei da Termodinâmica Háconservação da energia total do universo

Energia do Universo = energia do sistema + energia do meio exterior

Se o sistema estiver isolado, não recebe nem cede energia e a sua energia total –energia interna, U –mantém-se constante.

U= constante ΔU = 0

Se o sistema não estiver isolado, a sua energia sóvaria por troca com o meio exterior. Considerando que a troca de energia se dápor troca de calor ou por trabalho mecânico àsuperfície do sistema, sendo wo trabalho exercido sobre o sistema, qa energia na forma de calor e ΔUa variação resultante de energia interna:

ΔU = q + w

Exprimindo na forma de uma transfor mação infinitesimal: dU= dq+ dw

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Trabalhode expansãoa pressão constante

Exprimindoo trabalho(w) comouma expansão contra uma pressão constante P:

w= forçax d

= (P externa x A) x Δz

= P ex ΔV

Algumasunidadesparatrabalho:

1 J = 1 Pa m 3

Para fixaro sentidodas trocasde energiaconvencionou-se que:

Sinal positivo (+): calor ou trabalho recebido pelo sistema do meio exterior Sinal negativo (-): calor ou trabalho cedido pelo sistema ao meio exterior

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Trabalhode expansãoa pressãoconstante

Quandoa expansãose dácontra umaforçanuladesigna-se porexpansãolivre. Ocorre quando p ex =0, então,w= 0. Porexemplo, a expansãode um sistemano vácuoocorre sem realização de trabalho.

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