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TMA 01 Considerando uma condição em que não é realizado trabalho CALORIMETRIA bomba calorimétrica Capacidade calorífica – Volume constante.

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Apresentação em tema: "TMA 01 Considerando uma condição em que não é realizado trabalho CALORIMETRIA bomba calorimétrica Capacidade calorífica – Volume constante."— Transcrição da apresentação:

1 TMA 01 Considerando uma condição em que não é realizado trabalho CALORIMETRIA bomba calorimétrica Capacidade calorífica – Volume constante

2 TMA 02 Diagrama da variação da energia interna em função da temperatura a volume constante O coeficiente angular da curva, em cada temperatura é a capacidade calorífica a volume constante Capacidade calorífica – Volume constante

3 TMA 03 Entalpia U, P, V são funções de estado. Assim H também é; Esta associado ao calor envolvido em um processo realizado a pressão constante

4 TMA 04 A capacidade calorífica tem sua variação em função da temperatura pode ser considerada como constante para gases ideais Para sistemas não ideais pode ser representada matematicamente Capacidade calorífica – Pressão constante Relação entre C v e C p DSC - Calorímetro diferencial de varredura – Calorimetria diferencial exploratória

5 TMA 05 Expansão adiabática em expansão adiabática q=0

6 TMA 06 Temos as duas relações conhecidas: Tentativas de determinar os valores de C v e C p 1819 (Dulong e Petit) – definiram que capacidade calorífica molar de todos os elementos sólidos é igual a 3R Calor específico

7 TMA 07 Einstein – Física quântica – arranjo cristalino de n átomos – considerou que cada átomo apresenta oscilação harmônica independente de sua posição na rede cristalina Pb Cu Si Diamante 25 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 C v (Joules/K) Temperatura (K) Temperatura característica de Einstein Onde: é a freqüência de vibração atômica Resultados experimentais (1947)

8 TMA 08 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 T/ C v (Joules/K.mol) 25 20 15 10 5 0 Einstein Al D = 385 K Se T/ aumenta – C v tende a 3R Se T tende a zero C v tende a zero Einstein X experimental

9 TMA 09 25 20 15 10 5 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 T/ C v (Joules/K.mol) Einstein Debye – considerou que a freqüência vibracional não era a mesma para todos os átomos. - está entre a distância interatômica e 2x a distância interatômica Al D = 385 K Debye

10 TMA 10 Substância D temperatura altas baixas Pb 90 K K 99 Na159 Sn160127 K Cd160129 Au180162 Ag213 Pt225 Zn235205 Cu315321 Mo379379 Al389385 Fe420428 C(dia.) 1890 2230 30 25 20 15 10 5 0 Log T C v ( Joules/K.mol) O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O Oa C(diamante) Al Ag Pb D =90,3 D =213 D =389 D =1890 1,0 2,0 3,0 Temperatura de Debye

11 TMA 11 Efeito da temperatura sobre a energia interna e o movimento atômico. Relação empírica C p - T A equação tem validade para intervalos de temperatura definidos Para metais líquidos, em geral C p = constante Outras considerações

12 TMA 12 Elemento C p (joules/K.mol) Intervalo de T Al (Sólido)20,7 +12,4 10 -3 T 298 -T m Al (líquido) 29,8 T m - 1273 Au (Sólido) 23,7 +5,19 10 -3 T 298 -T m Au (líquido)29,3 T m - 1600 Cu (Sólido)22,6 +6,28 10 -3 T 298 -T m Cu (líquido)31,4 T m - 1600 Fe ( )17,5 +24,8 10 -3 T 298 -1033 Fe ( )38 1033-1181 Fe ( )7,7 +19,5 10 -3 T 1181-1674 Fe ( )43,9 1674 -T m Fe (líquido)41,8 T m - 1873 C (diamante) 9,12 +13,2 10 -3 T-6,19 10 5 T -2 298 - 1200 C (grafite)17,2 +4,27 10 -3 T-8,79 10 5 T -2 298 - 2300 O 2 (gás) 30,0 +4,18 10 -3 T-1,7 10 5 T -2 298 - 3000 C p – Valores Tabelados

13 TMA 13 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Temperatura (K) 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Fe( ) O 2 (g) Fe( ) Al(s) Al(l) Au(s) Cu(s) Cu(l) Au(l) C(diamante) C(grafite) C p Joule/K.mol C p – Curvas características de materiais

14 TMA 14 Exercício 1) 10 litros de gás ideal monoatômico, mantido a 25 ºC e 10 atm é expandido até atingir a pressão final de 1 atm. A capacidade calorífica molar do gás a volume constante (Cv) é 3/2 R e é independente da temperatura. Calcular o trabalho realizado, o calor absorvido e as mudanças de energia interna e entalpia para o gás se o processo ocorre: isotermicamente e reversivelmente adiabaticamente e reversivelmente

15 TMA 15 (ATKINS) – Termoquímica é a investigação do calor produzido ou consumido nas reações químicas. Trabalha com os conceitos de determinação do calor envolvido em processo a pressão ou volume constante e conseqüentemente com U e H correspondendo ao calor de reação. Termoquímica Transformação Física Reação química

16 TMA 16 Estado padrão – O estado padrão de uma substância, numa certa temperatura, é o da substância pura sob pressão de 1 bar. Variação de entalpia padrão – A variação de entalpia de reação ou processo físico é a diferença entre as entalpias dos produtos nos respectivos estados padrões e a entalpia dos reagentes, também nos respectivos estados padrões. Pode ser referida a qualquer temperatura. Assumiu-se como temperatura de referência 298,15 K. Termoquímica ReagentesProdutos

17 TMA 17 Variação de entalpia padrão (a)Entalpia de transformações físicas – variação de entalpia associada a uma mudança de estado físico ( entalpia padrão de transição) CONCEITO DE FUNÇÃO DE ESTADO Entalpia de reação

18 TMA 18 Conceito de função de estado

19 TMA 19 (b)Entalpia de transformação química – A entalpia padrão de reação é a variação de entalpia associada a transformação de reagente no estado padrão em produtos também no estado padrão Reagente isolado no estado padrão Produtos isolados, puros, nos respectivos estados padrões Efeito da quantidade de reagentes e produtos Onde H m (c)é a entalpia padrão molar da espécie C na temperatura constante Entalpia de reação

20 TMA 20 Calor de formação : é a variação de entalpia que acompanha a formação de um mol de um composto, a partir de seus elementos constituintes, na sua forma mais estável ã temperatura de referência ( no caso 298 K ) e sob pressão de 1 atm. Entalpia de reação Reações exotérmicas Reação endotérmica Assume que a reação é completa

21 TMA 21 Entalpia de reação Calor de reação: é a variação da entalpia que acompanha a reação, quando as quantidades de reagentes são totalmente consumidas, de acordo com a equação química balanceada, na temperatura considerada. O calor de reação a 1000K é igual a 46700 J. Este é o calor absorvido, sob pressão constante de 1 atm, quando 3 moles de hematita são reduzidos por um mol de monóxido de carbono, para formar dois moles de magnetita e um mol de dióxido de carbono. Supondo-se a reação completa.

22 TMA 22 (C) A lei de Hess – é possível combinar as entalpias padrões de várias reações para se ter a entalpia de outra reação A entalpia padrão de uma reação é igual a soma das entalpias padrões de reações parciais em que a reação possa ser dividida. Entalpia de reação

23 TMA 23 (e) Entalpia de reação em função da entalpia de formação Conceito de função de estado

24 TMA 24 (e) Calor de combustão e poder calorífico Quando um mol de uma substancia é completamente queimado com oxigênio, há liberação de calor; H<0 Exemplo:

25 TMA 25 (f) Entalpia de reação e temperatura – A entalpia de reação em temperatura diferente da temperatura ambiente pode ser estimada a partir da capacidade calorífica e da entalpia de reação na temperatura ambiente. (ou outra temperatura qualquer) Entalpia e temperatura

26 TMA 26 Exemplo

27 TMA 27 -170 -180 -190 -200 -210 -220 300 500 700 900 1100 Entalpia H (kJ) 40 30 20 10 0 300 500 700 900 1100 Exemplo Temperatura (K) Pb(s) Pb(l) a h b i c 1/2O 2 (g) PbO(s) e d T´ PbO(s) e d g T Pb(s) + 1/2O 2 (g) a k j l f


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