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Introdução
A físico-química é a disciplina que estuda as propriedades físicas e químicas da matéria, através da combinação de duas ciências: a física e a química.
Introdução
A Físico-Química pode ser estudada através de dois aspectos teóricos: a Termodinâmica e a Cinética.
Introdução
A Termodinâmica esclarece qual a possibilidade de ocorrência de uma transformação (reação), qual é o seu balanço energético e até que ponto o sistema pode evoluir ou, reagir (aqui os resultados importantes são: equilíbrio e rendimento teórico). A Cinética, estuda os mecanismos dos processos: quais são as etapas e com que velocidades elas ocorrem.
Introdução
•A Termodinâmica é a ciência que que estuda as trocas de energia que ocorrem entre o sistema e as vizinhanças durante uma mudança de estado. Está baseada em quatro generalizações, conhecidas como Princípios ou Leis da Termodinâmica, que governam as transformações de um tipo de energia em outro.
Conceitos Básicos
•Sistema: é a parte do universo que está sob investigação; pode ser, por exemplo, um tubo de ensaio, uma garrafa térmica.
Tipos de Sistemas•Sistema Aberto: quando há troca de matéria e
energia com a vizinhança.•Sistema Fechado: quando não há troca de
matéria, mas pode ter a troca de energia com vizinhança.
•Sistema Isolado: quando não há nenhum tipo de interação com a vizinhança.
•Vizinhança: é o restante do universo, onde os efeitos das trocas de energia são observados.
•Fronteira: é o espaço que separa o sistema da vizinhança.
•Propriedades do Sistema: são atributos físicos percebidos pelos sentidos ou por métodos experimentais de investigação. Podem ser mensuráveis e não mensuráveis.
1. Propriedades Mensuráveis: são aquelas as quais podemos atribuir valores numéricos, por meio de comparações diretas ou indiretas. As propriedades mensuráveis são classificadas como extensivas e intensivas.
I. Propriedades Extensivas: são aquelas que dependem do tamanho do sistema. EX: Volume(V), Massa(m), Número de Mols(n)
II. Propriedades Intensivas: são aquelas que não dependem do tamanho do sistema. EX: Pressão(P), Temperatura(T), Densidade(d)
•Propriedades Não-Mensuráveis: são aquelas para as quais não se pode atribuir valores numéricos.
Ex: Estado de agregação do sistema, tipos de substâncias que compõem o sistema.
Mudança de Estado
É a transformação sofrida pelo sistema ao passar de um estado inicial para um estado final, ambos bem definidos.
Caminho – é o percurso realizado pelo sistema durante a mudança de estado, ou seja, compreende o estado inicial, os estados intermediários e o estado final.Processo – é o método pelo qual a mudança de estado é efetuada.A descrição do processo consiste em estabelecer as condições das mudanças de estado: sistema, vizinhanças, fronteiras, estado inicial, estado final, caminho, efeitos produzidos nas vizinhanças, entre outros.
Ciclo – é o caminho que o sistema percorre quando, ao sofrer uma mudança de estado, retorna ao estado inicial.
Variável de Estado – é uma grandeza que não depende do caminho, mas somente dos estados inicial e final.
As Leis da Termodinâmica1. Equilíbrio Térmico - Lei Zero da
Termodinâmica.2. Conservação de Energia - 1ª Lei da
Termodinâmica.3. Processos de transformações de Energia - 2ª
Lei da Termodinâmica.4. Entropia - 3ª Lei da Termodinâmica.
Propriedade Fundamental das Funções Termodinâmicas
Quando um sistema sofre uma mudança de estado envolvendo variação de volume (DV), o valor desta variação, que é a diferença entre o volume final (V2) e o volume inicial (V1):
DV = V2 - V1 , não depende do processo através do qual a variação de volume (ou mudança de estado) foi realizada.
Propriedade Fundamental das Funções Termodinâmicas
Esta independência do valor da variação da função volume com o processo utilizado para a realização de uma mesma transformação é chamada Propriedade Fundamental das Funções Termodinâmicas . Esta propriedade não é exclusiva da função volume. O mesmo raciocínio poderia ter sido feito com outras funções, como a temperatura ou a pressão.
Lei Zero da Termodinâmica
Se dois sistemas estão em equilíbrio entre si e em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, consequentemente os três sistemas se encontrarão em equilíbrio térmico.
Temperatura T : É a medida do grau de aquecimento de um corpo cuja direção de fluxo de energia é sempre do maior para o menor. A medida da temperatura é realizada por intermédio de um termômetro.
Relação entre as Escalas de T
Gases Perfeitos. Equações de Estado
Como vimos nos slides anteriores, o estado de qualquer
amostra de uma substância pode ser especificado pelas
seguintes propriedades:
O volume que a amostra ocupa (V); A pressão da amostra
(p); A temperatura da amostra (T); O número de moles
da substância na amostra (n);
Gases PerfeitosPorém, experimentalmente se verifica que na natureza essas quatro grandezas não são independentes entre si. Ou seja, as substâncias obedecem a uma equação de estado da forma p = f(n,V,T) que relaciona uma das quatro propriedades com as outras três.As equações de estado da maioria das substâncias n ão são conhecidas, entretanto certas equações de estado são.
Equação de Estado do Gás Perfeito
A equação de estado de um gás em baixas pressões f oi um dos primeiros resultados estabelecidos na físico-química. As experiências de Boyle (século XVII), e as de seus sucessores, conduziram à formulação da equação de estado do gás perfeito:
Equação de Estado do Gás Perfeito
pV=nRTp é a pressão em pascal (Pa)V é o volume em metros cúbicos (m3)n é número de mol em (mol)T temperatura em kelvin (K)
Equação de Estado do Gás Perfeito
pV=nRT R é uma constante conhecida como constante dos gases, cujo o valor, determinado experimentalmente, é o mesmo para todos os gases.
01. Na temperatura de 300 K e sob pressão de 3 atm, uma massa de gás perfeito ocupa o volume de 10 litros. Calcule a temperatura do gás quando, sob pressão de 2 atm, ocupa o volume de 20 litros.
