Saiba mais: termoquímica

 Lei Zero e Primeira Lei da Termodinâmica.

A Lei Zero (ou Anteprimeira Lei) da Termodinâmica diz que, se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então todos estarão em equilíbrio térmico.

Já sabemos que a energia flui do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Assim, essa lei estabelece como ocorrem as trocas de calor entre os corpos, e que essa troca está relacionada com a energia interna dos corpos, expressa, indiretamente, pela temperatura.

A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que um sistema não pode criar ou consumir energia, apenas armazená-la, transformá-la e/ou transferi-la ao meio que se encontra, na forma de calor ou trabalho.

É um pouco parecido com a lei de Lavoisier: na natureza, nada se cria, nada se destrói; tudo se transforma.

Processo de quase-equilíbrio

Esse processo pode ser descrito aquele que tem um desvio do equilíbrio infinitesimal, e todos os estado pelos quais passa o sistema pode ser considerado estado de equilíbrio. Os processos reais podem ser aproximados com precisão pelo processo de quase-equilíbrio.

Sistemas abertos, fechados e isolados

Como sabemos, um sistema possui uma energia interna. Conforme o tipo de sistema, pode ocorrer ou não a troca de energia entre o sistema e a vizinhança. Assim, temos:

· Sistema aberto: sistemas que trocam energia e matéria com a vizinhança. Exemplos: motor automotivo e o corpo humano.

· Sistemas fechados: sistemas que trocam energia com a vizinhança, mas possuem uma quantidade de matéria fixa. Exemplo: bolsas de gelo para tratamento de lesões.

· Sistema isolado: sistema que não tem contato com a vizinhança, ou seja, não pode trocar nada, nem energia, nem matéria. Uma boa representação de um sistema isolado é um café quente em uma garrafa térmica, supondo que a garrafa não permita nenhuma troca de energia com o exterior.

Entropia 

Na termodinâmica, a entropia pode ser expressa como uma medida da desordem do movimento das partículas. Ela expressa, também, por que algumas reações têm mais tendência a ocorrer e outras não. Um exemplo simples é o resfriamento de um bloco de metal quente. Por quê isso ocorre? Os átomos vibram muito e se espalham para a vizinhança, colidindo com átomos mais lentos e, assim, distribuindo sua energia cinética. Ok, mas por que o movimento contrário, o aquecimento do metal, no caso, não ocorre de forma espontânea? Simples. Sabe aqueles átomos mais lentos? O processo inverso exigiria deles algo além de sua capacidade: colidir com os átomos mais rápidos e fazê-los se mover ainda mais rapidamente.

Vale lembrar que a entropia de um sistema isolado aumenta no decorrer de qualquer mudança espontânea.

Um sistema com entropia baixa têm pouca desordem, e um sistema com entropia alta, muita desordem.

A título de curiosidade, a entropia pode, sim, ser calculada, assim como a entalpia. A fórmula para isso é dada por

ΔS = q(ver)/T

Em que ΔS é a variação de entropia, q é a energia transferida reversivelmente (um processo que pode ser revertido por uma mudança infinitamente pequena, ou seja, a menor variação de uma variável causa uma reversão do processo) em forma de calor e T é a temperatura (em K) na qual ocorre a transferência.

Qual combustível é mais vantajoso?

Pode até ser que alguma questão peça isso, por isso, vamos revisar. O que precisamos é saber quanta energia é liberada por 1 mol de moléculas do combustível. Aqui, vamos considerar a combustão completa. Esse é o primeiro passo. Temos como exemplo o etanol, a gasolina e o hidrogênio. Vamos ver a equação de combustão de cada um?

Para o etanol: C2H6O (l) + 3 O2 -> 2 CO2 (g) + H2O (g) ΔH = -1366,1 kj/mol

Para a gasolina: C8H18 (l) + 25/2 O2 -> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) ΔH = - 5471 kj/mol

Para o hidrogênio: H2 (g) + ½ O2 (g) -> H2O (g) ΔH = -285,8 Kj/mol

Obviamente, a gasolina é mais vantajosa, certo? Talvez. Antes de chegarmos a tal conclusão, precisamos calcular o poder calorífico de cada combustível. Como fazemos isso? Simples:

Poder calorífico = ΔH combustão / massa molar

Desse modo, para os três combustíveis temos:

PE(etanol) = -1366,1 / 46 = - 29, 7 J/g

PE(gasolina) = -5471 / 114 = - 48 J/g

PE(hidrogênio) = - -285,8 / 2 = - 120 J/g

Com isso, temos que o hidrogênio libera mais energia por massa do que energia por mol, em razão do poder calorífico.

Mas vamos supor, agora, em 1L de gasolina e 1L de etanol. Qual é mais eficiente? Considerando a densidade do etanol 0,8 g/cm^3, a massa de etanol em 1L será de 800g, que multiplicada pelo poder calorífico, nos dá - 29,7 J/g x 800 (g) = - 23760 J.

Já a gasolina, com densidade de 0,75 g/cm^3, terá uma massa de 750 g em um litro. Considerando o poder calorífico, nos dá - 48 J/g x 750 g = 36 000 J.

O hidrogênio, com densidade de 9 x 10^-5 g/cm^3, ou melhor, 0,09 g/L, terá uma massa de 0,09 g. Considerando o poder calorífico, temos - 120 J/g x 0,09 = - 10, 8 J.

Assim, a conclusão é de que a gasolina é o combustível mais vantajoso.

Mas fique atento para as questões: foque sempre nas informações dadas e no que é pedido!