Profa. Mayara Silva [Princípios Físicos E Químicos Aplicados À Farmácia I] - 2013.2 - Introdução A Termodinâmica

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TERMODINÂMICA 
 
Profª Msc. Mayara Silva 
Sadi Carnot 
1796 - 1832 
James Joule 
1818 - 1889 
Rudolf Clausius 
1822 - 1888 
Wiliam Thomson 
Lord Kelvin 
1824 - 1907 
Emile Claupeyron 
1799 - 1864 
Alguns ilustres pesquisadores 
que construiram a termodinâmica 
Sadi Carnot (1796 – 1832) 
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James Joule - 1818 - 1889 
Nasceu em 
Salford - Inglaterra 
James P. Joule 
(1818-1889) 
Contribuição de James Joule. 
1839 Experimentos: 
trabalho mecânico, eletricidade e calor. 
1840 Efeito Joule : Pot = RI2 
1843 Equivalente mecânico do calor 
( 1 cal = 4,18 J) 
1852 Efeito Joule-Thomson : decrescimo 
da temperatura de um gás em função da 
expansão sem realização de trabalho 
externo. 
As contribuições de Joule e outros levaram 
ao surgimento de uma nova disciplina: 
a Termodinâmica 
Lei da 
Conservação 
de 
Energia 
1a Lei 
 da Termodinâmica 
TERMODINÂMICA TERMODINÂMICA 
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TERMODINÂMICA TERMODINÂMICA 
OS SISTEMAS 
sistema 
vizinhança 
contorno 
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Os sistemas podem ser abertos, fechados e 
isolados. 
Sistema fechado: Sistema que não troca massa com a 
vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho 
por sua fronteira. Ex: bolsa de gelo. 
Sistema isolado: Sistema que não troca energia nem 
massa com a sua vizinhança. Ex: Café dentro de uma 
garrafa térmica. 
Sistema aberto: Sistema que troca energia e massa 
com a vizinhança. Ex: Corpo humano e motor de 
automóvel. 
ENERGIA E TRABALHO 
A propriedade fundamental em Termodinâmica é o 
Trabalho, que é o movimento contra uma força. 
A unidade do trabalho e portanto da energia é o Joule: 
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A ORIGEM MOLECULAR DA ENERGIA 
A energia interna está relacionada à estrutura da matéria 
e as interações entre átomos e/ou moléculas. 
 
Ela pode ser vista como a energia cinética e energia 
potencial dos átomos ou moléculas, pois estas não se 
encontram em repouso. 
Energia interna 
Energia interna sensível  associada à energia cinética das 
moléculas do sistema. 
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CALOR 
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Quantidade de calor sensível 
Quantidade de energia térmica recebida ou 
cedida por um corpo, para exclusivamente 
variar sua temperatura. 
Calor específico (C) 
Indica a energia necessária para uma unidade de massa variar sua 
temperatura em uma unidade. Característica da substância 
Unidade 
(S.I) J/kg K é o mesmo que J/kg oC 
(prática) cal/g°C 
m = massa 
c = calor especifico 
∆T = variação de T 
Calor específico 
21g H O
2H O
c 1cal/g C
1 cal 
Temperatura 
aumenta 1°C 
Capacidade Térmica (C) 
É a grandeza física que determina a variação térmica 
de um corpo ao receber determinada quantidade de 
calor. O valor da capacidade térmica é correspondente 
à quantidade de calor necessária para elevar a 
temperatura do corpo em uma unidade de variação de 
temperatura. 
Q
C
T


C m.c
Unidade 
(S.I) J/K 
(prática) cal/°C 
Quantidade de calor latente 
Quantidade de energia térmica recebida ou 
cedida por um corpo, para exclusivamente mudar 
de estado físico. 
Calor Latente 
Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar 
de estado físico sem variar sua temperatura. 
Unidade 
(S.I) J/kg 
(prática) cal/g 
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Quantidade de calor latente 
L > 0 – absorve calor durante a mudança 
L < 0 – cede calor durante a mudança 
1g 
L 80cal/g
80 cal 
21g H O
Princípio fundamental 
recebida cedidaQ Q 0  
Qrecebida = - Qcedida 
AS LEIS DA TERMODINÂMICA 
 
 
LEI ZERO DA TERMODINÂMICA 
1ª LEI DA TERMODINÂMICA 
2ª LEI DA TERMODINÂMICA 
3ª LEI DA TERMODINÂMICA 
Lei Zero da Termodinâmica: Quando dois corpos estão em equilíbrio 
com um terceiro corpo eles estarão também em equilíbrio entre si. 
1ª Lei da Termodinâmica: Princípio da conservação da energia “A 
variação da energia interna de um sistema é dada pela diferença entre 
o calor trocado (Q) com o meio externo e o trabalho realizado.” 
2ª Lei da Termodinâmica: Lord Kelvin enunciou o 2° Princípio da 
Termodinâmica, também conhecido como Princípio da Degradação da 
Energia “É impossível construir uma máquina que, operando em ciclos, 
retire calor de uma fonte quente e o transforme integralmente em 
trabalho” 
3ª Lei da Termodinâmica: A medida que a temperatura de uma 
substância pura move-se em direção ao zero absoluto sua entropia, 
ou o comportamento desordenado de suas moléculas, também se 
aproxima de zero. As moléculas deverão então se alinhar em um 
padrão ordenado 
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Equilíbrio térmico: Dois corpos que estão em equilíbrio 
térmico com um terceiro corpo estão em equilíbrio térmico 
entre si. 
LEI ZERO DA TERMODINÂMICA 
a 
b c 
a 
b c 
Enquanto houver transferência de calor as propriedades de 
b e de c modificam-se 
Por exemplo, ao se misturar café quente com leite frio, a temperatura do leite 
aumenta, e a temperatura do café diminui. Após algum tempo, a temperatura 
desta mistura estabiliza num valor inferior à sua temperatura do café, e 
obviamente superior à temperatura do leite. 
Assim, dois sistemas em equilíbrio térmico 
entre si estão à mesma temperatura. 
 
Para saber se dois sistemas têm a mesma 
temperatura não é necessário colocá-los em 
contato térmico entre si, bastando verificar se 
ambos estão em equilíbrio térmico com um 
terceiro corpo, chamado termômetro. 
 
 Na prática, um termômetro pode ser 
construído da seguinte maneira: 
 Escolhe-se uma substância termométrica. Por 
exemplo, o mercúrio. 
 
 Escolhe-se, desta substância, uma propriedade 
que dependa da percepção fisiológica de 
temperatura. Por exemplo, o volume. 
 
 Define-se a escala de temperatura. A escala 
Celsius, por exemplo, é definida por dois pontos fixos 
e uma lei linear. 
 As leis físicas são expressas por equações matemáticas mais 
simples se a temperatura é dada na escala Kelvin: 
T [K] = 273 + t [oC]./ 
Outros equilíbrios 
 
Equilíbrio mecânico: quando a pressão é a mesma em 
todos os pontos do sistema e também igual à pressão 
externa, no caso de fronteiras móveis temos o 
equilíbrio mecânico. 
 
Equilíbrio químico: quando o potencial químico é 
igual em todas as parte do sistema. 
 
O estado de um sistema é definido pela sua 
descrição completa e inequívoca baseada na 
enumeração de suas propriedades macroscópicas. 
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ESTADO TERMODINÂMICO 
Quando um sistema está em equilíbrio - 
isto é, suas propriedades 
termodinâmicas não variam com o 
tempo, diz-se que ele está em um 
determinado estado. O estado de 
qualquer sistema pode ser descrito por 
algumas variáveis termodinâmicas. 
Quanto mais complexo o sistema, maior 
o número de variáveis. 
TROCAS TÉRMICAS 
A variação de energia interna de um sistema a 
volume constante pode ser calculada com base 
no calor cedido ou recebido pelo sistema. 
Calorimetria é o estudo do calor transferido 
durante um processo físico e químico. 
 
Um calorímetro é um dispositivo para medir a 
energia transferida como calor. 
 
O dispositivo mais usado para medir ∆U é uma 
bomba calorímetrica adiabática. 
Usada para ensaios de 
combustão de 
matérias sólidas 
líquidas, determinando 
elementos tipo 
halogênio, sulfúrico e 
outros produtos, 
através da combustão. 
 Um calorímetro é constituído 
basicamente de um recipiente de 
paredes finas que é envolvido por 
outro recipiente fechado de paredes 
mais grossas e isolantes. O calorímetro 
evita a entrada ou saída de calor assim 
como na garrafa térmica. 
A variação de temperatura
observada no 
calorímetro é proporcional ao calor que a reação 
libera ou absorve. 
q = C. ∆T 
 
Se a única energia envolvida é o calor, então 
 
∆U = C. ∆T 
 
Onde C é a capacidade calorifica. 
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Determinando a Capacidade calorífica 
de um calorímetro. 
Foi fornecido 80KJ de calor para um calorímetro, o 
que variou sua temperatura em 8,40ºC. Qual a 
capacidade calorífica deste calorímetro? 
 
q = C. ∆T 
ENTALPIA 
Acompanhando-se a variação de energia e de 
volume do sistema pode-se medir a variação de 
entalpia deste sistema: 
O processo endotérmico é aquele que 
ocorre com absorção de calor (energia). A 
variação de Entalpia é positiva. 
 
O processo exotérmico é aquele que ocorre 
com liberação de calor (energia). A variação 
de Entalpia é negativa. 
Reações exotérmicas: ΔH < 0, há liberação de 
calor. 
 
Reações endotérmicas: ΔH > 0 , há uma 
absorção de calor. 
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ENTALPIA - Termoquímica 
Termoquímica o estudo das trocas de energia em 
forma de calor envolvidas em reações químicas. 
 
A entalpia total de um sistema pode ser calculada 
como a soma das entalpias dos componentes 
individuais 
 
A mudança de entalpia numa reação química é 
calculada somando a entalpia total dos produtos 
e subtraindo a entalpia total dos reagentes 
Numa reação química, a diferença entre as entalpias 
dos produtos e dos reagentes corresponde à variação 
de entalpia (calor de reação) 
Hp é a Entalpia dos produtos e Hr é a Entalpia dos reagentes 
Reação endotérmica Reação exotérmica 
Em 1849, o químico Germain Henri Hess, efetuando inúmeras 
medidas dos calores de reação, verificou que: 
 
O calor liberado ou absorvido numa reação química 
depende apenas dos estados intermediários pelos quais a 
reação passa. 
 
Esta é a lei da atividade dos calores de reação ou lei de Hess. 
 
De acordo com essa lei é possível calcular a variação de 
entalpia de uma reação através da soma algébrica de 
equações químicas que possuam valores de entalpia 
conhecidos. 
Lei de Hess 
É possível determinar a variação de entalpia da 
reação de formação do metano, CH4, reação essa 
que não permite medidas calorimétricas precisas 
de seu calor de reação por ser lenta e apresentar 
reações secundárias. 
 
Qual o valor da entalpia de formação do CH4? 
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Entalpias de mudança física 
Entalpias padrão de formação 
Entalpia padrão de formação é a entalpia 
padrão de reação para a reação de formação 
de 1 mol de um composto diretamente a partir 
dos elementos químicos que o constitutem, 
em seus estados padrões em geral, entalpias 
de formação são tabeladas a 25°C, como 
sendo igual a zero (∆Hf = 0) para um elemento 
puro (na sua forma mais estável) 
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É O CALOR ENVOLVIDO NA FORMAÇÃO DE UM 
MOL DA SUBSTÂNCIA A PARTIR DE SEUS 
ELEMENTOS NO ESTADO PADRÃO. 
 
ESTADO PADRÃO: 1 atm, 25°C E ESTADO 
ALOTRÓPICO MAIS COMUM DA SUBSTÂNCIA 
 
C (grafite) + O2(gasoso) CO2 (gasoso) 
 ∆Hf = - 94,1 kcal.mol-1 
Entalpias padrão de formação 
Qual a entalpia da reação da formação de 
hematita? 
 
 2 FeO + ½ O2 Fe2O3(s) 
 
Sendo: 
 
Fe(s) + ½ O2 FeO (s) ∆H = - 272 KJ 
 
2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) Fe 2O3 (s) ∆ H = - 823 KJ 
 
Entalpias de combustão 
Entalpias de ligação 
É a variação de entalpia ou calor liberado na queima de 
um mol de combustível a 25 ºC e 1atm (condições 
padrão). È um processo exotermico (H negativo) 
É a variação da entalpia verificada na quebra de um mol de 
uma determinada ligação química, supondo–se todas as 
substâncias no estado gasoso, nas condições padrão. A 
quebra das ligações é um processo sempre endotérmico, 
portanto H é sempre positivo. 
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"Todo grande 
progresso da 
ciência resultou 
de uma nova 
audácia da 
imaginação." 
(John Dewey)