Uma reação química libera 50 kJ de calor a pressão constante e realiza 2 kJ de trabalho de expansão. Determine a variação de energia interna (
) dessa reação.
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede a variação da energia interna:
- A reação libera
de calor a pressão constante. - A reação realiza
de trabalho de expansão. - Pedido: determinar
(variação da energia interna do sistema).
Passo 2
Vamos usar a Primeira Lei da Termodinâmica na forma mais direta:
Explicando cada símbolo (com calma):
-
é a variação da energia interna do sistema (o que queremos). -
é o calor trocado com o sistema: quando o sistema recebe calor, quando o sistema perde calor. -
é o trabalho realizado sobre o sistema: quando trabalho é feito sobre o sistema, quando o sistema realiza trabalho sobre o ambiente.
Essa convenção (
é trabalho sobre o sistema ) é a usada frequentemente em química/termodinâmica básica e deixa a equação simples: energia interna aumenta com calor recebido e com trabalho recebido.
Passo 3
Interpretar o dado “a reação libera
de calor”:
- Isso significa que o sistema perde calor, então
(negativo porque o calor sai do sistema).
Passo 4
Interpretar o dado “realiza
de trabalho de expansão”:
- “Realiza” significa que o sistema faz trabalho sobre o ambiente; portanto o trabalho feito sobre o sistema é negativo:
(negativo porque o trabalho é realizado pelo sistema, não sobre ele).
Passo 5
Substituir
e
na equação da Primeira Lei:
Efetuando a soma:
Passo 6
(Verificação / interpretação alternativa útil para prova)
Como o processo ocorre a pressão constante, o calor medido a pressão constante é . Então
. Para trabalho de expansão à pressão constante tem-se
. A relação entre entalpia e energia interna é
Como o processo ocorre a pressão constante, o calor medido a pressão constante é
logo
o que confirma o resultado anterior.
Passo 7
Interpretação física curta:
indica que a energia interna do sistema diminuiu — a reação liberou energia para o ambiente tanto como calor quanto como trabalho de expansão. Força aí — foi uma perda total de
do sistema.