Termodinmica Qumica IBIBLIOGRAFIAIntroduo Termodinmica da Engenharia Qumica Smith, J. M., Van Ness, H. C; Abbott, M. M. Stima Edio. Editora LTC, 2007.2. Introduo Termodinmica da Engenharia Qumica Smith, J. M., Van Ness, H. C., Abbott, M. M. Quinta Edio. Editora LTC, 2000.Modelagem Matemtica da Termodinmica Qumica Equaes de Estado. Costa, N. A.3. Termodinmica para Engenharia Qumica Milo D. Koretsky. Primeira Edio. Editora LTC, 2007.Livros AuxiliaresModelagem Matemtica da Termodinmica Qumica Propriedades Termodinmicas. Costa, N. A.Modelagem Matemtica da Termodinmica Qumica Estimativas de Propriedades Saturadas. Costa, N. A.Termodinmica Qumica Aplicada Luiz Roberto Terron. Primeira Edio. Editora Manole, 2009.

Properties of Gases and Liquids Poling, B. E., Prausnitz, J. M., OConnell, J. P. - 2000.Properties of Gases and Liquids Reid, R. C., Poling, B. E., Prausnitz, J. M. 1987. Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Azevedo, E. G., Prausnitz, J. M., Lichtenthaler, R. 1998.Termodinmica Aplicada Azevedo, E. G., 1995.Properties of Gases and Liquids Reid, R. C., Prausnitz, J. M., Sherwood, T. K. 1977. Chemical and Engineering Thermodynamics Sandler, S. I. - 2001

TermodinmicaA termodinmica um ramo da fsica que trata das transformaes energticas dos fluidos e suas misturas. As restries gerais em que estas transformaes ocorrem so conhecidas como a primeira e a segunda lei da termodinmica. A primeira lei afirma que a energia conservada;A segunda lei impe restries sobre direo da transformao.Aplicaes industriais Processos de separao: Destilao, extrao, absoro, adsoro etc.; Ciclos de refrigerao;Ciclos Trmicos; Turbinas, Bombas, compressores, vlvulas e trocadores de calor; Efeitos trmicos em reaes industriais

Termodinmica QumicaA termodinmica Qumica estuda aplicaes dos fundamentos da Termodinmica em problemas especficos da Engenharia Qumica.A termodinmica Qumica gera modelos bsicos da Engenharia Qumica, distribudos nos seguintes Tpicos (Terron, L. R., 2009):Leis fundamentais da Termodinmica: originam as equaes de balanos de energia e de equilbrio termodinmico.Propriedades termodinmicas de substncias puras e de misturas: estabelece princpios para o conhecimento da natureza de materiais, suas propriedades e o modo de represent-las matematicamente.Equilbrio de fases, teoria de solues e equilbrio qumico: partindo das bases do equilbrio termodinmico, so estabelecidos estudo e representao dos fenmenos que regem misturas, solues e reaes qumicas.

Termodinmica Qumica e a Engenharia QumicaA Termodinmica Qumica fornece as bases para o conjunto de matrias que constituir a Engenharia Qumica, como mostrado no esquema abaixo (Terron, L. R., 2009).

Primeira Lei da TermodinmicaEmbora a energia assuma vrias formas, a quantidade total constante e, quando a energia desaparece em uma forma, ela reaparece simultaneamente em outras formas;A variao de energia do sistema tem que ser igual energia transferida atravs das fronteiras com as vizinhanas. A primeira lei da termodinmica aplicada ao sistema e s suas vizinhanas. Assim: Sistema a parte na qual o processo ocorre; Vizinhanas tudo o que o sistema interage.Onde:Os sistemas classificam-se em:Isolados: Tm paredes ou fronteiras impermeveis (que impedem a transferncia de matria) e totalmente isoladoras (que impedem a transferncia de energia).Fechados: Tm paredes ou fronteiras que permitem a transferncia de energia mas impedem a transferncia de matria.Enunciados:

Abertos: Tm paredes ou fronteiras que permitem trocas de energia e de matria.Formas de Energia do SistemaA energia classificada de acordo com trs formas especficas:Energia cintica macroscpica, EK: a energia associada ao movimento macroscpico do sistema.Energia Potencial macroscpica, EP: a energia associada posio macroscpica do sistema em um campo gravitacional.Energia Interna do sistema, U: a soma das energias correspondentes aos movimentos translacionais, rotacionais e vibracionais das molculas que constituem o sistema.A energia total de um sistema dada por:

As variaes de energia total no sistema :Para um sistema fechado no pode ocorrer transferncia de energia interna atravs das fronteiras do sistema. Assim, a troca de energia entre o sistema e suas vizinhanas feita na forma de calor e trabalho. Portanto, a variao total de energia das vizinhanas dada por:Onde:Calor, Q: a energia que atravessa a fronteira do sistema sob a influncia de uma diferena, ou gradiente, de temperatura. Uma quantidade de calor Q representa uma certa energia em trnsito entre o sistema e suas vizinhanas.No ponto de vista molecular, o calor a transferncia de energia que utiliza diferenas no movimento desorganizado entre o sistema e suas vizinhanas. As molculas so animadas de um movimento incessante e entram em coliso, o que redistribui a sua energia cintica.

Trabalho, W: uma forma de energia em trnsito entre o sistema e suas vizinhanas resultante do deslocamento de uma fora externa que atua sobre o sistema.No ponto de vista molecular, o trabalho a transferncia de energia que utiliza o movimento organizado. Por exemplo: levantamento de um peso os tomos constituintes do peso deslocam-se de uma maneira organizada.Substituindo as Equaes (2) e (3) na Equao (1), encontra-se que:A conveno de sinal para o calor Q e o trabalho W considera valores numricos positivos para ambas as grandezas quando a transferncia atravs das fronteiras ocorre das vizinhanas para o interior do sistema.Em resumo:Calor: Calor adicionado ao sistema: Sinal Positivo; Calor retirado do sistema: Sinal Negativo.Trabalho: Trabalho realizado sobre o sistema: Sinal Positivo; Trabalho realizado pelo o sistema: Sinal Negativo.

Funes de EstadoUma funo de estado representa uma propriedade do sistema e tem sempre um valor certo e determinado. Os valores, para uma determinada substncia, podem ser medidos e apresentados em tabelas como funes da temperatura e da presso.As funes de estado tm um nmero importante de propriedades matemticas:Integrao de uma funo de estado fornece uma diferena finita.Diferencial exata :onde x e y so variveis que determinam o valor de U.As funes de estado so independentes do processo, ou seja, dependem apenas das especificaes dos estados inicial e final.

Observao:O calor e o trabalho no so funes de estado; so dependentes do processo (ou caminho entre os estados). A integrao das diferenciais no fornecem diferenas finitas, mas sim quantidades finitas.ePropriedades Intensivas e ExtensivasGrandezas extensivas dependem da quantidade de material envolvido.As grandezas de estados podem ser intensivas ou extensivas.Grandezas intensivas no dependem da quantidade de material envolvido.A ordem de diferenciao de uma funo de estado irrelevante:

EntalpiaA energia total de um corpo a energia interna mais a energia extra necessria para abrir o espao V que ele ocupa presso P. Esta energia denominada de entalpia:Na forma diferencial, a Equao (5) pode ser escrita como:EquilbrioO equilbrio termodinmico significa a ausncia de quaisquer tendncias de modificaes das foras motrizes em escala macroscpica.Exemplo: F extensiva, se F intensiva, se

As foras motrizes da termodinmica so:Presso a fora motriz da transferncia de energia com trabalho;Temperatura a fora motriz da transferncia de calor; Potencial qumico a fora motriz da transferncia de massa entre fases e das reaes qumicas.Considere o sistema constitudo por 2 substncias mostrado na Figura abaixoOs critrios de equilbrio exigem que: Equilbrio Mecnico: PA = PB = PC = P; Equilbrio Trmico: TA = TB = TC = T; Equilbrio da transferncia de massa:Componente 1Componente 2

Regra das fases de GibbsA regra das fases de Gibbs (aplicvel a propriedades intensivas) especifica as condies necessrias que determinam o equilbrio, ou seja, permite estabelecer as caractersticas geomtricas do equilbrio. Estas caractersticas so mostradas na Tabela 1.Considere um sistema constitudo por fases e contendo N componentes que no reagem. O nmero de graus de liberdade no equilbrio a diferena entre o nmero total de variveis necessrias para caracterizar o estado intensivo do sistema e o nmero de equaes independentes que podem ser escritas com estas variveis.

Onde NI - o nmero total de variveis intensivas; NE o nmero de equaes independentes. As variveis da regra das fases de Gibbs so: composies; Temperatura; Presso.Equilbrio Mecnico: PA = PB = PC= ... =PP = P

Equilbrio Trmico: TA = TB = TC = ... = TP = TAs variveis da regra das fases so: (N 1) composies em cada fase; 1 temperatura; 1 presso.Portanto, o nmero total de variveis intensivas igual a: ou

Para um melhor entendimento das equaes independentes referentes ao equilbrio entre fases, considere os seguintes problemas:Problema 1 Sistema binrio constitudo por duas fasesCritrio de equilbrio - quando a transferncia de massa entre fases:As equaes independentes so:Problema 2 Sistema ternrio constitudo por duas fasesCritrio de equilbrio - transferncia de massa entre fases:As equaes independentes so:Problema 4 Sistema Ternrio constitudo por trs fasesCritrio de equilbrio - transferncia de massa entre fases:Equaes independentes

Equaes dependentesResumo Duas fases e dois componentes: NE = 2; Duas fases e trs componentes: NE = 3; Trs fases e dois componentes: NE = 4; Trs fases e trs componentes: NE = 6.Portanto, para N componentes e fases, o nmero de equaes independentes so:Em certas situaes, restries especiais podem ser impostas ao sistema de forma que permitam que equaes adicionais sejam escritas. Assim:Onde s so as restries adicionais.Substituindo as Equaes (8) e (10) na Equao (7), encontra-se que:

Observaes: uma fase uma regio homognea da matria; N o nmero de componentes presentes no sistema; P o nmero de fases do sistema; F o grau de liberdade do sistema.Variveis ConjugadasConsidere uma propriedade intensiva (X) e uma propriedade extensiva (Y). Estas propriedades so conjugadas se, e somente se, o produto XdY ou YdX for uma energia infinitesimal. Exemplo:Portanto,A temperatura e a entropia so propriedades conjugadas;A presso e o volume so propriedades conjugadas;O potencial qumico e o nmero de moles so propriedades conjugadas.