Termodinâmica (Química)

Resumo

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Aqui nós vamos te mostrar uma introdução do assunto Termodinâmica no contexto da Química. O objetivo é você começar a entender e se familiarizar com o assunto para poder avançar no seu estudo, beleza? Então bora lá!

A termodinâmica nada mais é que o estudo das leis, princípios e conceitos que regem a relação entre calor, trabalho e outras formas de energia. A gente pode aplicar a termodinâmica tanto em assuntos de física, quanto em assuntos de química. Mas, independente do contexto que está sendo aplicada, existem três leis da termodinâmica que são fundamentais.

Então, nada mais justo do que introduzirmos o assunto falando delas.

Primeira Lei da Termodinâmica

A definição formalzona dessa lei é a seguinte:

Primeira Lei da Termodinâmica
Primeira Lei da Termodinâmica

Confuso?

Vamos com calma. Primeiro, relembrando alguns conceitos.

Sistema é a porção do espaço que será considerada como nosso objeto de estudo. O limite desse sistema chamamos de fronteira e tudo que está fora do sistema chamamos de vizinhança.

Representação do que é sistema, fronteira e vizinhança
Representação do que é sistema, fronteira e vizinhança

A energia interna nada mais é que a energia que tem dentro do sistema.

Agora, quando falamos de trabalho falamos pra transferência de energia devido a atuação de uma força. Quando o trabalho é realizado pelo sistema, ele é negativo e a energia do sistema diminuiu. Quando o trabalho é realizado pela vizinhança, ele é positivo e a energia do sistema aumenta.

Por último, calor é a transferência de energia térmica entre o sistema e a vizinhança. Acontece quando há diferença de temperatura entre os dois.

A primeira lei da termodinâmica menciona todos esses conceitos. O que ela é quer dizer é o seguinte: Se a energia interna de um sistema varia, é devido a transferência de energia em forma de calor ou em forma de trabalho, através das suas fronteiras. Matematicamente temos isso aqui:

$$\Delta U=W+Q$$

Onde:

  • $\Delta U$ é a variação de energia interna;
  • $W$ é o trabalho realizado por ou sobre o sistema;
  • $Q$ é o calor transferido.

Segunda Lei da Termodinâmica

A segunda lei é enunciada da seguinte forma:

Segunda Lei da Termodinâmica
Segunda Lei da Termodinâmica

QUE? hahaha

Vamos começar vendo os conceitos novamente.

Um processo irreversível é aquele que ocorre em uma única direção, ou seja, o processo inverso a ele não ocorre. Por exemplo, se colocarmos dois objetos com temperaturas diferentes em contato, após algum tempo os dois vão estar com temperaturas iguais. Mas, o inverso não ocorre, os dois objetos com temperaturas iguais não vão ficar com temperaturas diferentes depois de um tempo em contato. Sacou?

Agora, a entropia é uma grandeza que mede o nível de desordem de um sistema. Por exemplo, se a gente aquece um objeto metálico o movimento molecular aumenta e, portanto, a "desordem" do sistema também. Quando maior a desordem, maior a entropia.

Entendi isso, o que a segunda lei está nos dizendo é que se estamos em um sistema isolado (não troca matéria e nem energia com a vizinhança) e ocorre uma transformação espontânea e irreversível, a entropia aumenta.

A grande conclusão da segunda lei se resume em avaliar o sinal da variação de entropia ($\Delta S$):

$$\Delta S>0~~~Se ~processo~é~irreversível~e~espontâneo$$
$$\Delta S=0~~~~Se~processo~é~reversível$$

Terceira Lei da Termodinâmica

A terceira lei diz o seguinte:

Terceira Lei da Termodinâmica
Terceira Lei da Termodinâmica

Essa lei nada mais é que uma complemantação das demais. Ela só está dizendo que se a temperatura for zero a variação de entropia também tende a zero. Matematicamente é isso aqui:

$$\lim _{T\longrightarrow0}~(\Delta S)_T=0$$

Beleza, essas são as três leis fundamentais da temodinâmica.

Agora estamos prontos para avançar nos estudos para arrasar na prova?

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