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Termodinâmica química

Termodinâmica química

A termodinâmica química é o estudo da inter-relação de calor e trabalho com reações químicas ou com mudanças físicas de estado dentro dos limites das leis da termodinâmica.

A termodinâmica química envolve não apenas medições laboratoriais de várias propriedades termodinâmicas, mas também a aplicação de métodos matemáticos ao estudo de questões químicas e da espontaneidade dos processos.

A estrutura da termodinâmica química é baseada nas duas primeiras leis da termodinâmica. Da primeira e segunda leis da termodinâmica, quatro equações chamadas "equações fundamentais de Gibbs" podem ser derivadas. Destes quatro, uma infinidade de equações relacionando as propriedades termodinâmicas do sistema termodinâmico podem ser derivadas usando matemática relativamente simples. Isso descreve a estrutura matemática da termodinâmica química.

A termodinâmica química está em estreito contato com seções da química como

  • química analítica
  • eletroquímica
  • química coloidal
  • Adsorção e cromatografia

Para que serve a termodinâmica química?

O principal objetivo da termodinâmica química é o estabelecimento de um critério para determinar a viabilidade ou espontaneidade de uma dada transformação. Desta forma, a termodinâmica química é normalmente usada para prever as trocas de energia que ocorrem nos seguintes processos:

  • Reações químicas
  • mudanças de fase
  • A formação de soluções.

As seguintes funções de estado são de interesse primário na termodinâmica química:

  • Energia interna (U)
  • Entalpia (h). A entalpia é uma quantidade física definida no campo da termodinâmica clássica para medir a energia máxima de um sistema termodinâmico teoricamente capaz de ser removido dele na forma de calor. É particularmente útil para compreender e descrever processos isobáricos: pressão constante, variação de entalpia está diretamente associada à energia recebida pelo sistema na forma de calor, estes são facilmente quantificáveis ​​com calorímetros.
  • Entropia (S). A entropia é uma magnitude termodinâmica que explica a energia que não pode ser realizada por trabalho útil em um processo termodinâmico. É uma função de um estado de caráter estendido e seu valor aumenta em um sistema isolado, de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Pode ser interpretado como o estado de desordem de um sistema. A variação positiva de entropia indica o sentido natural em que qualquer evento ocorre em um sistema isolado.
  • Energia livre de Gibbs (G). Em termodinâmica, a energia livre de Gibbs (ou entalpia livre) é uma expressão matemática, mais especificamente uma função de estado estendida, que fornece a condição de equilíbrio e espontaneidade para qualquer processo que ocorra sob pressão constante (por exemplo, muitas reações). produtos quimicos). As mudanças na energia livre são simbolizadas como ΔG e representam a energia disponível para o trabalho químico útil.

A maioria das identidades na termodinâmica química surge da aplicação da primeira lei da termodinâmica e da segunda lei da termodinâmica, em particular a lei da conservação da energia, a essas funções de estado.

Leis da termodinâmica

Em resumo, as três leis da termodinâmica anunciam o seguinte:

A energia do universo é constante.
Em qualquer processo espontâneo, há sempre um aumento na entropia do universo.
A entropia de um cristal perfeito (bem ordenado) a 0 Kelvin é zero.

As leis da termodinâmica descrevem, em princípio, o transporte privado de calor e trabalho em processos termodinâmicos. No entanto, desde a sua concepção, essas leis da física tornaram-se as mais importantes em toda a Física e outras ciências relacionadas à termodinâmica. Eles são frequentemente associados a conceitos que estão muito distantes do que suas declarações contêm.

Leis da termodinâmica

0. lei zero da termodinâmica.

1. primeira lei da termodinâmica.

2. segunda lei da termodinâmica.

3. terceira lei da termodinâmica.

O primeiro princípio a ser estabelecido foi a segunda lei da termodinâmica, conforme formulada por Sadi Carnot em 1824. Em 1860 ele já estabelecia dois "princípios" da termodinâmica com os trabalhos de Rudolf Clausius e William Thomson, Lord Kelvin. Com o tempo, esses princípios se tornaram "leis". Em 1873, por exemplo, Willard Gibbs afirmou que havia duas leis absolutas da termodinâmica em seus métodos gráficos sobre termodinâmica de fluidos. Um total de quatro leis são atualmente enunciadas. Nos últimos 80 anos, alguns autores sugeriram outras leis, mas nenhuma delas foi aceita por unanimidade.

História da termodinâmica química

O desenvolvimento da termodinâmica química desenvolveu-se simultaneamente de duas maneiras: termoquímica e termodinâmica.

O surgimento da termoquímica como ciência independente deve ser considerado como a descoberta de Herman Ivanovich Hess, professor da Universidade de Petersburgo, da relação entre os efeitos térmicos das reações químicas, as leis de Hess.

Em 1867, com base na termoquímica, Marselen Berthelot propôs uma das primeiras teorias de afinidade química, explicando a direção do fluxo das reações químicas.

As conquistas gerais da termodinâmica, como parte da química teórica, refletidas no estudo da entropia, levaram ao surgimento de outro método de investigação, não relacionado à teoria da afinidade química, comprovada negativamente.

As bases da termodinâmica química clássica foram lançadas no trabalho de Josiah Willard Gibbs "Sobre o equilíbrio de substâncias heterogêneas" (1878), no qual um método gráfico de representação dos estados de uma substância, o método dos potenciais termodinâmicos, foi desenvolvido. regra.

Os métodos de Gibbs, também desenvolvidos por Pierre Dueme, deram um grande impulso ao desenvolvimento de aplicações termodinâmicas, pois eram muito mais simples do que o método de processos circulares, que exigia inventar processos hipotéticos que fechassem um determinado processo em um circular.

Autor:

Data de publicação: 30 de outubro de 2018
Última revisão: 30 de outubro de 2018