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Espontaneidade e energia livre de Gibbs

Transcrição de vídeo

aprendemos nos últimos vídeos que se um sistema estiver sob pressão constante ou se o ambiente estiver sob pressão constante a mudança nem tal pia será igual ao calor é adicionado ao sistema e vou colocar esse peak porque se trata de pressão constante se temos uma reação vamos supor que a + b produza c e temos aqui a nossa variação na intel pia ou seja interrompe a final - a inicial então vamos dizer que nossa variação de antawn pia é menor que 0 então nós sabemos que isso é diz o técnico mas porque novamente supondo-se uma pressão constante como você sabe que isso é diz o técnico e que estamos liberando energia porque quando estamos lidando com um sistema em que a pressão é constante a variação de antawn pia é o calor acrescentado ao sistema se o calor acrescentado ao sistema negativo então isso quer dizer que estamos liberando o calor então mais energia e aprendemos no último vídeo que chamamos isso de reação isotérmica é guizhou térmica e então se você tiver uma reação do outro lado que precise de energia então digamos que você tenha a mais b e mais energia mas alguma energia produzindo c então o que é que isso significa bem significa que o sistema absorveu energia a quantidade de energia que você absorve é a mudança da entropia então o seu delta h vai ser positivo sua mudança da entropia positiva você absorveu energia dentro do sistema e chamamos isso de reações endotérmicas você então está absorvendo calor agora se quiséssemos saber se a reação é ou não espontânea aparentemente essa mudança da entropia é um bom caminho a ser seguido obviamente que se eu tiver liberando energia não precisa de qualquer energia para que essa reação acontecesse então talvez essa reação seja espontânea e do mesmo modo se eu tivesse que de alguma maneira acrescentar energia o sistema meu sexto sentido me disse que talvez isso não será espontâneo em si as partículas estiverem se movimentando realmente rápido e tiverem muita energia cinética que possa ser utilizada para que talvez essas partículas se chocam umas contra as outras talvez de repente isso seja espontâneo pode ser que em tal pia por si só não posso descrever completamente o que irá acontecer de um modo intuitivo e para começarmos a entender um pouco se a reação acontece espontaneamente vamos pensar sobre os ingredientes que realmente importam nós já sabíamos que delta h provavelmente importa liberamos energia de alta gama - 10 que me faz pensar que deve ser espontâneo mas e se esse nosso delta s nossa entropia de ser e se as coisas de fato se tornarem mais ordenadas nós já aprendemos com a segunda lei da termodinâmica que isso não costuma ser o caso e apenas com base na experiência pessoal sabemos que as coisas não só por si mesmas não se tornam não vão para o macro estado que tem menos micro estados você sabe um ovo não se coloca junto e salta e salta ao chão por si mesmo embora haja alguma probabilidade de que isso possa acontecer então parece que a entropia importa muito então temos a idéia de temperatura porque eu já falei sobre isso quando falei sobre energia mesmo que isso exija a energia quando a temperatura estiver bastante alta talvez eu possa realmente fazer com que essas três partículas se chocam entre si e de alguma maneira cria energia para chegar lá vamos ver vamos pensar sobre os ingredientes e vamos pensar sobre como seriam as reações dependendo das diferentes combinações de ingredientes os ingredientes com os quais vou lhe dar delta gás em dúvida parece importar se absorvemos energia ou não temos delta s nossa mudança entropia o sistema se torna o sistema subir mais estados ou menos estados ele se torna mais ou menos ordenado a temperatura temperatura que a energia cinética médio vamos pensar num conjunto de situações vamos tomar o primeiro caso vamos pensar em uma situação onde o nosso delta gás seja menor do que zero e nossa entropia seja maior do que zero bom eu sei se o sentido já me disse que isso vai acontecer essa é uma situação onde vamos ser mais entrópicos após a reação então uma maneira de olhar isso poderíamos ter mais estados temos mais partículas então vemos que a entropia está relacionada ao número de partículas que temos então isso pode ser uma reação onde vamos dizer que temos vamos supor que temos isso vejam queremos ter mais partículas então aquela partícula que uma partícula como aquele ali então eu vou ter outra partícula como essa e suponhamos que tenha uma molécula como esta aqui vamos dizer que uma mais bem não vou dizer estável ou não mas vamos dizer que quando essas partículas colidem umas contra as outras quando uma partícula bate uma na outra você termina tendo isso e eu estou inventando à medida que vou fazer umas coisas vamos dizer que uma dessas moléculas se une com essas moléculas então temos uma das azuis escuras umas das azuis escuras se unem com essa molécula azul clara uma das azuis escuras como a molécula magenta e talvez aquela molécula seja expedida por si mesma em vez de termos duas moléculas temos três moléculas temos mais desordem isso pode obviamente assumir mais estados estou dizendo que delta h é menor do que zero então ao fazer isso essas partículas estão todas seus elétrons estão num potencial mais baixo ou estão em uma configuração mais estável quando os elétrons vão de sua alta configuração de elétron e se tornam mais estáveis liberam energia então tem uma vantagem eu sei que disse no início que minha mudança de natal que era menor do que zero então mais alguma energia mas alguma energia então parece muito óbvio que essa reação vai se mover vai se tornar espontânea nessa direção na direção da direita é muito mais fácil para duas partículas colidirem é bem certo ir naquela direção do que é para 3 partículas se você pensar disso do ponto de vista de probabilidade para 3 partículas se juntarem à direita e ir naquela direção essas partículas são muito mais estáveis seus elétrons estão em um estado potencial então não há nem mesmo o tipo de razão em tal pica para que ele se mova nessa direção isso tudo pra mim tem um tipo de intuição que independente de qual seja a temperatura nós vamos privilegiar essa reação para frente então eu diria que isso é provavelmente espontâneo e espontâneo agora o que acontece e vamos fazer algo que talvez seja um pouco menos intuitivo o que acontece se o meu dell pagar for menor que 0 e vamos dizer que eu perca entropia isso parece você sabe a entropia do universo sobe mas eu estou falando somente do meu sistema vamos dizer que eu perco entropia então isso seria uma situação em que eu vou de digamos a partir de duas partículas vamos dizer que eu tenho obtido essa partícula e depois eu tenho essa partícula e depois ela se colhida em bem à direita se os elétrons serão mais estáveis em talvez possam formar essa figura talvez forma essa figura e façam isso seus elétrons podem entrar em um estado potencial baixo e quando o fazem os elétrons liberam energia então você tem mais energia que nós sabemos por que isso era a mudança da entropia era menor do que zero e temos energia mais baixa nesse estado do que naquele a diferença liberada bem aqui agora essa reação irá ocorrer o que parece possível vamos introduzir nossa temperatura o que irá ocorrer em baixas temperaturas baixas temperaturas esses caras aqui tem energia cinética média muito baixa eles estão simplesmente indo à deriva muito lentamente e à medida que desperta uma redor muito lentamente e lembre-se não estou falando sobre quando falo sobre espontaneidade escrevi espantei o isso é espontâneo espontâneo despontei deve ser outra termodinâmica uma palavra divertida mas de qualquer maneira nós quando temos baixa temperatura o ponto que estou tentando estabelecer antes observe que escrevi em corretamente a palavra espontâneo quando falava de espontaneidade estou apenas falando que a reação vai acontecer por si mesmo não estou falando sobre se é rápido sobre a taxa de reação isso é a chave para se saber você sabe isso vai acontecer numa incomoda se vai levar um milhão de anos para coisa acontecer só quero saber se vai acontecer por si mesmo se a temperatura estiver baixa essas partículas podem estar se movendo muito devagar mesmo quase sem se chocar entre si mas acabam por se chocar e quando isso ocorre elas estão somente passando erraticamente umas pelas outras e ao fazer isso se configuram de tal modo que leva as coisas a se dirigir a um estado de potencial mais baixo vou dar a vocês só uma ideia intuitiva aproximar das coisas más mas como isso irá liberar energia irá para um estado potencial mais baixo os elétrons se configuram quando se aproximam uns dos outros e entrou nesse estado e liberam energia uma vez que a energia se vai o que pode ocorrer sob a forma de calor ou de outra forma é muito difícil de recuperá la e fazê lo a ir na direcção oposta parece que isso vai ser espontâneo se a temperatura for baixa espontâneo se a temperatura for baixa agora o que acontece se a temperatura for alta se a temperatura for alta lembre se que essas são as únicas partículas aqui temos mais temos uma outra partícula como essa aqui e como aquela e então desse lado teremos mais partículas e obviamente não somente uma não estamos falando somente de moléculas particulares estamos falando de sistemas inteiros o que acontece à temperatura de nosso sistema for alta vamos pensar em uma situação em que a temperatura é alta agora subitamente então as partículas desse lado estão batendo umas contra as outras muito rapidamente sabe essa se choca com essa muito rapidamente olha nós podemos usar isso como se fosse uma colisão entre dois carros é isso pode ser uma colisão de carro se isso for em carros individuais e os átomos forem componentes do carro vão estar batendo entre si mesmo que queiram se ligar uns aos outros tem parafusos e o que for necessário para se manterem juntos e os dois carros se chocam tão rapidamente que todos os seus parafusos solda e cola não serviram de nada irão simplesmente se despedaçar eles têm alta energia cinética e intuição me diz que nesse lado da reação essas partículas vão se despedaçar umas contra as outras e essas outras essas que também têm alta energia cinética e vão se mover tão rapidamente ao se cruzarem que vão ricochetear entre si muito rapidamente ea reação ou a inclinação da reação para que seus elétrons se configurem de um modo mais estável é mais ou menos como se você fosse tentar aparafusar colocar um pneu enquanto você está passando por um carro correndo você tem de fazê lo de alguma forma mesmo assim talvez a analogia seja meio fraca aqui mas eu acho que dá para vocês terem uma idéia de que se a temperatura for realmente alta parece menos provável que essas partículas se movam de modo errático ao passarem umas perto das outras e consigam se ligar entre si de modo correto e seus elétrons fiquem mais estáveis e completar essa coisa isotérmica assim eu entendo que se a temperatura for suficientemente ao temperaturas super altas talvez essa partícula vai se chocar contra essa outra vai deslocar a partícula azul e ficar aqui em cima e talvez vá despedaçar esta em suas partículas constituintes se houver suficiente energia cinética penso então que isso não é espontâneo e mais ainda a reação inversa o caso da temperatura seja autossuficiente provavelmente vai ser espontânea se a temperatura for autossuficiente essas partículas vão reagir vão se chocar umas contra as outras se a temperatura for alta vai nesse sentido se for baixa vai nesse sentido vamos ver se podemos juntar tudo que vimos até aqui intuir como seria a fórmula de espontaneidade podemos começar com entalpia até que já sabemos vejam se isso for menor do que 0 provavelmente se trata de algo que é espontâneo agora digamos que eu quero uma expressão inteira se a expressão inteira foi menor do que zero então eu sei que vai ser espontânea espontânea então sabemos que a entropia positiva entropia positiva vai fazer é algo favorável à espontaneidade podemos constatar isso em todas as situações aqui que se tivermos mais estados é sempre uma coisa boa é mais provável que algo espontâneo se faça queremos que nossa expressão inteira seja negativa se for espontânea então a entropia positiva tornar a minha expressão inteira mais negativa portanto talvez devamos subtrair entropia isso é positivo então minha expressão inteira será mais negativa o que me diz que olha isso é espontâneo então isso é negativo estamos liberando energia e se isso é positivo estamos obtendo mais desordem ea coisa inteira vai ser negativo agora esse a entropia for negativa se a entropia for negativa isso atesta a ideia de que se a entropia for negativa ela meio que torna a reação um pouco menos espontânea certo nessas situações a entropia era negativa fomos demais desordem até - desordem ou menos partículas e se disser 'vamos temperatura quando a temperatura é alta a espontaneidade conta muito desculpe quando a temperatura é alta a entropia é o que conta muito quando a temperatura for alta em estado - em troca elas irão chocar umas contra as outras quando a temperatura for baixa então talvez elas se movam de modo errático próximos umas das outras então a parte mental fica da expressão conta mais vamos ver se dá para pesar isso quando a temperatura for alta a entropia conta quando a temperatura for baixa a entropia não conta e se pudermos graduar a entropia pela temperatura vamos tornar uma variável de temperatura que então o que eu afirmo e o quinto baseado em tudo que vimos até aqui é que se esta expressão for menor do que zero trata se de uma reação espontânea e se for o caso vejamos se isso se encaixa com tudo o que dissemos até aqui se a temperatura for alta essa foi essa reação foi isotérmica na direção da direita quando vamos para a direita demais dessas moléculas para essas poucas aqui agora já para baixas temperaturas minha intuição me diz olha isso deve ser espontâneo essas partículas vão se mover erraticamente próximos umas das outras e entrar nessa configuração mais estável esse termo não vai contar muito vou imaginar o extremo zero absoluto esse termo vai desaparecer quase não se consegue chegar lá agora a altas temperaturas repentinamente esse termo vai predominar esse nosso dell tarefa se for menor do que zero esse termo inteiro vai predominar e se tornar positivo certo e mesmo se for negativo estamos subtraindo se nosso delta é se for negativo vamos colocar o negativo aqui então isso vai ser positivo isso é positivo e se a temperatura for suficientemente alta se isso for suficientemente positivo irá prevalecer sobre quaisquer entalpia e portanto não será mais espontâneo então se a temperatura for suficientemente alta essa fração não será espontânea e essa equação nos mostra isso se formos uma entropia positiva de igor entalpia positiva vamos estar liberando energia isso é negativo em nossa entropia está aumentando estamos obtendo mais desordem então se isso se torna negativo também então nossa expressão vai ser negativa olhem se isso for negativo e isso positivo estamos ficando mais em trópicos e estamos liberando energia isso deve ser definitivamente espontâneo bom até aqui estou me sentindo à vontade em relação a essa equação e como vocês podem imaginar não tirei isso do nada esta é na verdade a equação que prediz a espontaneidade e vou demonstrar a vocês é um pouco mais rigoroso no futuro se voltarmos algumas de nossas formas básicas de antawn pia e entropia e coisas do gênero mas essa é uma forma para se saber se algo espontâneo essa quantidade aqui é chamada de delta g ou mudança de energia livre do igfss e é o que predisse uma reação vai ser espontânea então a próxima coisa que eu vou fazer é aplicar de fato essa fórmula algumas vezes e daqui a alguns vídeos iremos entender mais sobre como podemos obter isso de nossos princípios termodinâmicos básicos