TERMODINÂMICA EM SALDO QUÍMICO

1

TERMODINÂMICA NO EQUILÍBRIO QUÍMICO1

1. Conceitos fundamentais

A ciência da termodinâmica se originou do reconhecimento de que a transformação

de calor e trabalho poderia ser prevista através de umas poucas relações. Enquanto que

inicialmente o interesse da termodinâmica se concentrou na melhoria da eficiência das máquinas,

hoje em dia a termodinâmica é uma parte integrante do estudo das interações químicas.

Através dos conceitos da termodinâmica pode ser previsto se uma reação química

pode ou não ocorrer e também pode ser determinado a sua composição no equilíbrio, em ambos

os casos segundo uma condição prévia.

Deve ser salientado que previsões baseadas em tempos não podem ser feitas e,

portanto, cinética química das reações ou o conhecimento do equilíbrio cinético não podem ser

avaliados.

Nas investigações termodinâmicas considera-se sistema (parte que estamos

interessados a investigar) como sendo a parte física do ambiente que é separada por uma borda ou

contorno. Sistemas podem ser classificados como isolados quando eles não podem efetuar troca

de energia ou matéria com seu ambiente, fechado quando energia porém não matéria pode ser

exportada para o ambiente, e aberto quando ambos energia e matéria podem ser trocadas com

seu ambiente.

Assim sendo sistemas ambientais geralmente são abertos, porém deve ser observado

que a aplicação restrita de termodinâmica química pode ser confundida nestes sistemas devido as

interações biológicas as quais podem fazer com que a termodinâmica se torne mais complexa.

1 Arquimedes Lavorenti. Professor Associado do Depto. de Ciências Exatas, ESALQ/USP, Caixa Postal 9,

13418-900 – Piracicaba – SP. E-mail: [e-mail] – Publicação Destinada ao Ensino de Ciências -

Química - 28/3/2002

2

As propriedades dos sistemas são ditas como sendo extensivas se elas dependem da

quantidade de matéria do sistema (isto é, volume, massa), e intensivas quando elas não

dependem (isto é, densidade, concentração, temperatura, pressão). O estado do sistema (aquela

série de circunstâncias nas quais todas as propriedades do sistema possuem valores fixos e

reprodutíveis) pode ser definido por um número limitado de propriedades conhecidas como

funções de estado ou variáveis de estado.

Um processo se refere a qualquer troca nas propriedades de um sistema. Processos

são designados como reversíveis (ideal) ou irreversíveis (não ideal).

Para um processo reversível, toda a série de mudanças que fazem parte do processo

pode ser revertida de tal forma que a condição original pode ser restabelecida. Este processo pode

ser executado apenas por etapas infinitesimais de tal modo que cada etapa é caracterizada por um

estado de balanço (isto é, equilíbrio). Um processo reversível precisa que todas as fontes de

dissipação de energia (isto é, fricção, resistência elétrica) sejam eliminadas. Na realidade isto é

impossível, e então todos os processo atuais são irreversíveis em alguma extensão.

Termodinâmica investiga as mudanças nas propriedades de um sistema se

movimentando de um estado inicial para um estado final.

2. Leis

A primeira lei da termodinâmica trata do conceito da conservação de energia e

pode ser expressa de vários modos:

“A energia total do universo (ou de qualquer sistema isolado) é constante”

“Energia não pode ser criada nem destruída apenas transferida de uma para outra”

A primeira lei da termodinâmica pode ser descrita matematicamente como:

DU = q + W (1)

onde: D = indica a variação de alguma função de um estado inicial para um outro estado final;

3

U = energia interna é o total de energia (de todas as formas possíveis) de um sistema;

q = energia que é transferida como calor para um sistema;

W = trabalho realizado em um sistema.

Assim, a energia interna de um sistema pode aumentar quando calor é aplicado ou

trabalho é realizado no sistema.

Termos subsequentes podem ser adicionados a esta equação para demonstrar outros

tipos de trabalho, tais como elétrico ou magnético.

Um processo adiabático é aquele no qual durante a sua ocorrência o calor não é

adicionado ou removido do sistema (isto é, q = 0). Se uma quantidade de trabalho W de pressãovolume

é realizada adiabáticamente no sistema, a variação na energia interna é dada por:

DU = W (2)

Por outro lado, se uma quantidade de calor q é transferida para um sistema a volume

constante (W = -P DV = 0, e trabalho mecânico não é realizado), a mudança na energia interna é

dada por: