A) Equacione a capacidade térmica molar a volume constante,
de um sistema monoatômico a partir da sua energia interna, à temperatura ambiente.
B) Porque a capacidade térmica difere sob volume constante ou sob pressão constante? Como a entalpia esta relacionada a este comportamento e a energia interna do sistema.
C) Equacione/calcule a capacidade térmica molar a pressão constante,
de um sistema monoatômico à temperatura ambiente.
D) Complete a tabela abaixo e calcule a capacidade térmica molar a volume constante para os gases argônio, dinitrogênio e dióxido de carbono.
E) Explique a origem da tendência do desvio observado entre os valores teóricos experimentais e explique.
\begin{table}
\captionsetup{labelformat=empty}
_{\mathrm{V}, \mathrm{m}} \mathrm{J} . \mathrm{mol}^{-1} . \mathrm{K}^{-1})}
Argônio
Dinitrogênio
Dióxido de carbono
Equação
Teórico*
Experimental
B) Porque a capacidade térmica difere sob volume constante ou sob pressão constante? Como a entalpia esta relacionada a este comportamento e a energia interna do sistema.
C) Equacione/calcule a capacidade térmica molar a pressão constante,
D) Complete a tabela abaixo e calcule a capacidade térmica molar a volume constante para os gases argônio, dinitrogênio e dióxido de carbono.
E) Explique a origem da tendência do desvio observado entre os valores teóricos experimentais e explique.
\captionsetup{labelformat=empty}
_{\mathrm{V}, \mathrm{m}} \mathrm{J} . \mathrm{mol}^{-1} . \mathrm{K}^{-1})}
| Argônio | Dinitrogênio | Dióxido de carbono | |
| Equação | |||
| Teórico* | |||
| Experimental |
Passo 1
O enunciado pede para calcular a capacidade térmica molar a volume constante
de um gás monoatômico a partir da sua energia interna, entender por que
e como a entalpia entra nisso, encontrar
para o gás monoatômico, preencher uma tabela de
teórica e experimental para Ar,
e C
, e explicar por que há desvio entre valores teóricos e experimentais.
Passo 2
Pela teoria da equipartição, um gás monoatômico tem apenas 3 graus de liberdade de translação. A energia interna molar é
Definindo
, obtemos
Passo 3
Sob pressão constante, parte do calor vai em trabalho de expansão
. Como a entalpia molar é
temos
Essa diferença surge justamente porque em
temos calor para aumentar
e para vencer o trabalho de expansão.
Passo 4
Para o monoatômico:
Numericamente, com
,
Passo 5
Para a tabela de
a volume constante:
– Argônio é monoatômico , portanto
.
– Dinitrogênio e dióxido de carbono são moléculas lineares ( trans
rot
), então em teoria não incluem modos vibracionais não excitados e têm
.
– Experimentalmente, C exibe valor maior porque alguns modos vibracionais já começam a ser ativados a temperatura ambiente e há também efeitos de não idealidade.
– Argônio é monoatômico
– Dinitrogênio e dióxido de carbono são moléculas lineares (
– Experimentalmente, C
Resposta
A)
.
B) Porque em situação isobárica há calor gasto em trabalho de expansão ; a entalpia
incorpora esse
extra, resultando em
.
C) .
D)
B) Porque em situação isobárica há calor gasto em trabalho de expansão
C)
D)
| Argônio | Dinitrogênio | Dióxido de carbono | |
|---|---|---|---|
| Equação |
|
|
|
| Teórico* (J/mo
|
|
|
|
| Experimental (J/mo
|
|
|
|
E) O desvio em C
deve-se à ativação parcial de modos vibracionais (cada modo vibra tórico contribui com
a mais se completamente excitado) e aos efeitos de não idealidade presentes em gases reais a 1 atm e 298 K.