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Termodinâmica química

Termodinâmica química

A termodinâmica química é o estudo da interação do calor e o trabalho com reações químicas ou com mudanças físicas de estado dentro dos limites das leis da termodinâmica.

A termodinâmica química envolve não apenas medidas laboratoriais de várias propriedades termodinâmicas, mas também a aplicação de métodos matemáticos para o estudo de questões químicas e a espontaneidade dos processos.

A estrutura da termodinâmica química é baseada nas duas primeiras leis da termodinâmica. Da primeira lei da termodinâmica e da segunda lei da termodinâmica, podem ser derivadas quatro equações denominadas "equações fundamentais de Gibbs". A partir destes quatro, uma infinidade de equações podem ser derivadas, que relacionam as propriedades termodinâmicas do sistema termodinâmico, usando matemática relativamente simples. Isso delineia o quadro matemático da termodinâmica química.

História da termodinâmica química

Em 1865, o físico alemão Rudolf Clausius, em sua Teoria Mecânica do Calor, sugeriu que os princípios da termoquímica, por exemplo, o calor gerado nas reações de combustão, poderiam ser aplicados aos princípios da termodinâmica. Com base no trabalho de Clausius, entre os anos 1873-76, o físico matemático americano Willard Gibbs publicou uma série de três artigos, o mais famoso foi o documento sobre o equilíbrio de substâncias heterogêneas.

Nesses artigos, Gibbs mostrou como as duas primeiras leis da termodinâmica podem ser medidas graficamente e matematicamente para determinar o equilíbrio termodinâmico das reações químicas e suas tendências para ocorrer ou avançar. A coleção de documentos Gibbs forneceu o primeiro corpo unificado de teoremas termodinâmicos com base em princípios desenvolvidos por outros, como Clausius e Sadi Carnot.

No início do século XX, duas publicações importantes aplicaram com sucesso os princípios desenvolvidos por Gibbs nos processos químicos e, assim, lançaram os fundamentos da ciência da termodinâmica química. O primeiro foi o livro de texto de 1923, a Termodinâmica e a Energia Livre de Substâncias Químicas de Gilbert N. Lewis e Merle Randall. Este livro foi responsável por suplantar a afinidade química com o termo energia livre no mundo de língua inglesa.

O segundo foi o livro de Termodinâmica Moderna de 1933 pelos métodos de Willard Gibbs, escrito por EA Guggenheim. Desta forma, Lewis, Randall e Guggenheim são considerados os fundadores da termodinâmica química moderna devido à grande contribuição desses dois livros para unificar a aplicação da termodinâmica à química.

Características da termodinâmica química

O principal objetivo da termodinâmica química é o estabelecimento de um critério para a determinação da viabilidade ou espontaneidade de uma determinada transformação.

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Desta forma, a termodinâmica química geralmente é usada para prever as trocas de energia que ocorrem nos seguintes processos:

  • Reações químicas
  • Alterações de fase
  • A formação de soluções

As seguintes funções de estado são de suma importância na termodinâmica química:

  • A energia interna (U).
  • Entalpia (H).
  • Entropy (S).
  • A energia livre de Gibbs (G).

A maioria das identidades na termodinâmica química decorre da aplicação da primeira e segunda leis da termodinâmica, em particular a lei da conservação de energia, a essas funções estatais.

As 3 leis da termodinâmica:

  • Primeira lei da termodinâmica: a energia do universo é constante.
  • Segunda lei da termodinâmica: em qualquer processo espontâneo, há sempre um aumento na entropia do universo
  • Terceira lei da termodinâmica: A entropia de um cristal perfeito (bem ordenado) a 0 Kelvin é zero
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Última revisão: 21 de fevereiro de 2018

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