A termodinâmica química é um ramo fundamental da química que se concentra no estudo das transformações de energia que ocorrem durante as reações químicas. Esta disciplina fornece as ferramentas e os conceitos necessários para compreender como a energia é trocada entre sistemas químicos e como o curso de uma reação pode ser previsto. Este conceito também é conhecido como termoquímica.
Portanto, a termodinâmica química refere-se às conversões de energia química em energia térmica e vice-versa, que ocorrem durante uma reação entre substâncias com afinidade química e estuda as variáveis a elas ligadas.
A relação entre termodinâmica e energia inclui as mudanças físicas da matéria. Todas estas conversões são realizadas dentro dos limites das leis da termodinâmica.
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A energia do universo é constante: primeira lei da termodinâmica.
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Em qualquer processo espontâneo, há sempre um aumento na entropia do universo: segunda lei da termodinâmica.
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A entropia de um cristal perfeito (bem ordenado) a 0 Kelvin é zero: terceira lei da termodinâmica.
A termodinâmica química envolve não apenas medições laboratoriais de várias propriedades termodinâmicas, mas também a aplicação de métodos matemáticos ao estudo de questões químicas e à espontaneidade dos processos.
Os primórdios da termodinâmica química surgem na obra de Josiah Willard Gibbs "Sobre o equilíbrio de substâncias heterogêneas" (1878).
Conceitos básicos de termoquímica
Alguns dos conceitos-chave incluem:
1. Energia Interna (U)
A energia interna de um sistema químico refere-se à energia total contida no sistema, incluindo a energia cinética e potencial das partículas que o compõem. A mudança na energia interna de um sistema durante uma reação é chamada ΔU.
2. Entalpia (H)
Entalpia é uma função termodinâmica que representa a quantidade de energia térmica absorvida ou liberada por um sistema durante uma reação a pressão constante. É denotado como H e está relacionado à energia interna pela equação:
H=U+PV
Onde P é a pressão e V é o volume do sistema.
3. Lei da conservação de energia
Esta lei, também conhecida como primeira lei da termodinâmica, afirma que a energia não é criada nem destruída, mas é transferida ou convertida de uma forma para outra. No contexto da termodinâmica química, esta lei aplica-se às reações químicas, onde a energia não é perdida, mas é redistribuída entre as substâncias envolvidas.
4. Lei de Hess
A lei de Hess afirma que a variação de entalpia numa reação química depende apenas dos estados inicial e final dos reagentes e produtos, e não da rota seguida para atingir esses estados. Isto permite calcular ΔH para uma reação química a partir das entalpias de formação dos reagentes e produtos.
Termodinâmica e reações químicas
A termodinâmica química é frequentemente aplicada ao estudo de reações químicas, permitindo-nos determinar se uma reação é energeticamente viável e sob quais condições.Alguns conceitos-chave relacionados às reações químicas e à termodinâmica são:
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Energia de ativação: Energia de ativação é a energia mínima que as partículas devem ter para que ocorra uma reação química. A termodinâmica concentra-se na diferença entre a energia de ativação e a energia total liberada ou absorvida em uma reação.
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Equilíbrio químico: Num sistema em equilíbrio, a energia livre é mínima e não há alterações líquidas nas concentrações dos reagentes e produtos.
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Lei de Le Chatelier: Esta lei descreve como um sistema em equilíbrio responde a mudanças na concentração, pressão ou temperatura.
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Energia Livre de Gibbs (ΔG): A energia livre de Gibbs é uma medida da disponibilidade de energia para realizar trabalho útil durante uma reação química. ΔG é um indicador se uma reação é espontânea (ΔG negativo) ou não (ΔG positivo).