Defina os seguintes conceitos fundamentais em físico-química: Sistema, vizinhança, fronteiras (também chamados de limites ou interfaces) de um sistema, processo, estado, variável de estado e função de estado.
Passo 1
O enunciado pede que a gente explique, em linguagem de físico-química, o que é um sistema, a vizinhança (ou arredores), as fronteiras (ou interfaces), processo, estado, variável de estado e função de estado. Isso faz parte dos conceitos básicos de termodinâmica, que servem para descrever e analisar qualquer fenômeno físico ou químico.
Passo 2
Vamos começar definindo o que é um sistema. Em termodinâmica, sistema é a porção do universo sobre a qual queremos fazer observações ou medições. Pode ser um reagente químico dentro de um béquer, um gás confinado num pistão ou até mesmo toda a atmosfera terrestre.
Passo 3
Tudo o que não faz parte do sistema chama-se vizinhança ou arredores. São os “restos” do universo que podem trocar energia ou matéria com o sistema, mas que nós não modelamos detalhadamente.
Passo 4
A fronteira (ou limite/interface) é a superfície real ou imaginária que separa o sistema da sua vizinhança. Dependendo do tipo de sistema, essa fronteira pode ser:
- Impermeável: não permite troca de matéria.
- Adiabática: não permite troca de calor.
- Diaterma: permite troca de calor.
Passo 5
O estado de um sistema é a condição macroscópica em que ele se encontra num dado instante, caracterizada por um conjunto mínimo de grandezas mensuráveis (por exemplo pressão, volume, temperatura).
Passo 6
As variáveis de estado são essas grandezas macroscópicas que definem completamente o estado do sistema. Exemplos comuns são:
-
: pressão -
: volume -
: temperatura
Se conhecemos um conjunto suficiente de variáveis de estado, dizemos que o estado está bem determinado.
Passo 7
Uma função de estado é uma propriedade do sistema cujo valor depende apenas do estado inicial e do estado final, e não do caminho percorrido entre eles. Exemplos clássicos são:
- Energia interna
- Entalpia
- Entropia
Passo 8
Um processo é toda transformação que leva o sistema de um estado inicial a um estado final. Pode ser:
- Isotérmico:
constante - Isobárico:
constante - Isométrico:
constante
Num processo, variáveis de estado mudam, e podemos ter troca de calor e trabalho com a vizinhança.
Resposta
- Sistema: parte do universo selecionada para observação.
- Vizinhança (arredores): tudo que está fora do sistema e pode interagir com ele.
- Fronteira (interface, limite): superfície real ou imaginária que separa sistema e vizinhança; pode ser adiabática, impermeável, etc.
- Estado: condição macroscópica do sistema em dado instante, definida por variáveis de estado.
- Variável de estado: grandeza mensurável (por ex.
, , ) que caracteriza o estado do sistema. - Função de estado: propriedade que depende apenas do estado inicial e final (por ex.
, , ), não do caminho. - Processo: caminho ou transformação que leva o sistema de um estado a outro, envolvendo trocas de calor e/ou trabalho.