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Aprofundamento sobre a relação entre energia livre de Gibbs e espontaneidade

Transcrição de vídeo

espero ter passado um pouco do raciocínio por trás da origem da fórmula de energia livre do igfss nesse vídeo eu gostaria de fazer algo um pouco mais aprofundado e na verdade eu acho que eu poderia dizer derivar a fórmula para isso vamos estudar dois sistemas que possuem exatamente a mesma variação entropia a ilustrar isso o diagrama pv será útil o que vamos fazer é comparar os dois sistemas o primeiro que é esse sistema perfeito irreversível e o outro esse sistema irreversível ou espontâneo então ambos vão iniciar aqui eles vão desse ponto do diagrama pv até esse ponto aqui e antes de explicar exatamente o que estão fazendo acho que é uma boa revisão falar um pouco que é um processo irreversível e o que é um processo reversível todo o processo irreversível é essa coisa onde não há atrito onde estamos sempre próximos ao equilíbrio que é possível sempre voltar atrás é possível imaginar um pouco que uma reação nunca está realmente avançando ou retrocedendo embora obviamente a movimentação pois na verdade não existe realmente na natureza mas é um conceito teórico muito útil deixe-me ilustrar isso então isso é um utilizar o nosso velho avião estão digamos israel o farei 2 esse é o meu questão reversível este vai ser o meu irreversível deixe-me desenhá los muito bem agora vou identificá los então essa bem aqui vai ser reversível e este bem aqui vai ser irreversível ou este aqui poderia ser considerado espontâneo estou utilizando uma palavra chave será importante para a energia livre do igfss mas todas as reações espontâneas são irreversíveis então elas vão deste estado para este assim em todo o mundo reversível tenho essa pequena tampa para o nosso pistão e temos o nosso gás aqui exercendo alguma pressão o que teríamos aqui é um monte de pedras temos um monte de pedras bem aqui e lentamente remover íamos as pedras uma por um a medida que removemos as pedras nosso pistão ou esse teto móvel aqui iria mover se para cima iria se mover para assim a pressão iria empurrar para cima mas à medida que subimos teríamos uma pressão cada vez menor porque os gases iriam saltar - na superfície que teríamos um volume cada vez maior à medida que movemos cada grão infinitesimalmente pequena de areia e iremos fazer isso super lentamente já que estamos infinitamente próximos do equilíbrio vamos mover desse lado para esse e ainda melhor vamos considerar que esse é o primeiro estágio de nosso ciclo de carbono digamos que em ambos os casos estamos em cima de um reservatório então em ambos os casos esses dois sistemas estão em cima desse reservatório infinito que possui temperatura t1 e esse reservatório faz com que a temperatura permaneça constante vamos viajar a bordo de um sistema isotérmico porque normalmente se tivéssemos que remover essas coisas e se somente fosse permitido que isso ocorresse de forma de abate que iríamos na verdade perder temperatura na verdade iríamos realmente perder energia cinética média conforme o trabalho é realizado mas nesse caso temos esse reservatório então o calor será transferido ao meu sistema o valor será transferido vou chamar isso de qr certo se o reservatório não estivesse aqui nossa temperatura iria descer mas já temos um reservatório iremos transferir calor constantemente e já vimos isso isso nada mais é que a primeira fase do ciclo de canoa vamos nos movimentar junto a um estado isotérmico como esse esse é o caso reversível ea única razão pela qual é possível até mesmo desenhar o estado em cada ponto aqui é porque os processos reversíveis são quase estáticos estão sempre infinitamente próximos ao equilíbrio e quando dizemos reversível estamos dizendo que não há atrito entre esse pequeno pistão no cilindro que se colocássemos um grão de areia de volta voltar exatamente onde estava antes e não perderia nenhuma energia porque não haveria calor de atrito lá então assim é como o gráfico do processo reversível iria aparecer agora o que o gráfico do erro irreversível bem na verdade não não vou desenhar o gráfico vamos falar sobre como o processo irreversível vai se parecer ter a aparência similar será parecido com esse terá os gases aqui mas para fins de argumentação para sair desse estado para aquele estado em vez de mover as pedras uma por uma digamos que eu tenho esses blocos grandes e quando removo um desses blocos grandes vôos desse estado para aquele mas obviamente a confusão estaria criada não estou bem definido nesse estado intermediário mas definitivamente vou desse estado para aquele após voltar ao equilíbrio agora outra coisa importante no nosso processo irreversível e em todo o processo real em nosso mundo que é irreversível é que vamos ter atrito aqui conforme se move para cima vai se esfregar contra a lateral do recipiente e gerar calor de atrito então por chamar isso de calor de atrito deixe me fazer uma pergunta se nesse caso erre soube que tivesse que ser adicionado ao sistema para manter sua temperatura qual seria o irreversível sobre que aqui quanto teria que ser adicionado a esse sistema para mantê lo a uma temperatura constante de um teria de ser mais ou menos do que foi adicionado ao sistema reversível bem esse cara aqui conforme o que estão sob gera um pouco de seu próprio calor então se esse é um processo a diabético não perderia tanto a temperatura como esse outro aqui portanto vai precisar de menos calor do reservatório para manter a sua temperatura tem um para chegar a esse ponto na isoterm lembre se esse processo é irreversível não sabemos o que acontece aqui ele pode estar viajando em algum caminho maluco na verdade não podemos definir o caminho porque sai do equilíbrio então vai ser alguma coisa bem maluca mas sabemos que aparece de volta no diagrama pv bem aqui mas porque está gerando algum do seu próprio calor no atrito vai precisar menos calor do reservatório então vou escrever isso o calor absorvido pelo processo reversível vai ser maior do que o calor absorvido pelo processo irreversível isso ocorre porque o processo irreversível está gerando ficção muito bem agora qual é a variação da entropia para ambos os sistemas bem ambos iniciam aqui e ambos acabam aqui e entropia é uma variável de estado então a variação na entrou para o processo irreversível vai ser igual à variação entropia para o processo irreversível ambos vão daqui para ali e obviamente a entropia sofreu variação vamos de um estado para outro e a entropia bem não vou falar muito disso vamos a mais uma pergunta qual a variação total na entrou pilhado universo para o processo reversível para um universo que será nosso universo aqui é o reservatório nosso sistema ou escrever aqui é reversível eu não quero ficar sem espaço deixe-me ver vou fazê lo com uma cor diferente esse é o processo reversível a variação da entropia do universo é igual à variação da entropia de nosso processo irreversível mas a variação na entrou pilhado de um jogo utilizei r para reversível então vamos chamá-los de bem as primeiras letras são quase os mesmos então vou chamá-lo de ambiente certo então o processo irreversível avaliação da entropia de nosso processo irreversível é o calor adicionado para o nosso processo reversível e podemos utilizar essa definição porque é um processo irreversível é isso tudo sobre f1 então qual é a variação entropia do nosso ambiente bem está liberando qr certo então seu calor absorvido é menos que r e claro está uma temperatura constante é um reservatório térmico é a t11 cego a 0 igual a zero isso é interessante então na verdade deveria fazer uma nota explicativa que que a variação entropia do universo para um processo irreversível é zero e na verdade isso deve fazer muito sentido intuitivamente porque o ponto principal de um processo irreversível é a possibilidade de ir nessa direção ou naquela outra direção é sempre tão próximo ao equilíbrio que é possível mover em ambas as direções e se a entropia for maior que zero em uma direção teria de ser inferior quiser na outra direção então seria possível ir na outra direção pela segunda lei da termodinâmica então faz realmente sentido que a entropia do universo a variação da entropia do universo não somente no sistema quando um processo irreversível ocorre é zero vamos ver se conseguimos relacionar isso ao processo irreversível portanto se quiséssemos descobrir a avaliação entropia do processo irreversível qual seria a variação entropia do processo irreversível ou então subtrair o calor diz que foi liberado do reservatório do processo irreversível e é sob que logicamente tudo isso sobre t1 qual será o resultado disso em relação a 0 lembre se isso é um processo irreversível e espontâneo bem esse valor o processo irreversível se inicia que chega ali então sua alteração no sistema delta é se será exatamente a mesma coisa que isso a variação no delta é se é a mesma que a do processo irreversível então essas duas coisas são equivalentes agora acabei de dizer que em função de haver algum calor de atrito esse cara precisa pegar menos calor do reservatório que esse cara portanto se esse e escrevi aqui quer dizer vou limpar um pouco aqui escrevi bem aqui e r sobre que o calor que o processo irreversível tem que tirar do reservatório porque gera seu próprio calor por atrito é menor do que o calor do processo de reversão então esse número aqui é menor do que esse outro aqui ou é possível entender dessa forma esse número é igual a esse então esse número aqui vai ser menor que esse este teria de ser maior do que zero para o processo espontâneo irreversível agora vamos fazer algumas contas este é o calor que basicamente era dado ao sistema irreversível é um sinal de menos aqui porque esse é o termo é meio que uma retirada do reservatório real então vamos fazer um pouco de vamos multiplicar todos os lados dessa equação porque um e temos ter um vezes delta s do processo irreversível - que do processo irreversível é maior do que zero agora vamos somente o que é isso como podemos dizer isso vamos somente multiplicar ambos os lados disso por menos um e lembre-se isso é verdadeiro para qualquer processo irreversível espontâneo se multiplicarmos ambos os lados disso por menos um temos isso o calor adicional processo irreversível - te vezes delta s do processo irreversível vai ser menos que zero isso é verdade para qualquer processo irreversível espontâneo e neste momento isso deve parecer um tanto quanto familiar para você quando escrevemos a fórmula de energia livre do igfss dissemos que já é igual a delta h - te vezes delta s e dissemos que isso é menor que 0 teríamos um processo espontâneo irreversível e tudo isso faz sentido porque esses dois são equivalentes entre si com a única diferença que aqui escrever - o calor é adicionado ao sistema aqui escrevemos a variação na intel pia eu já fiz isso em três ou quatro vídeos em que diz que a variação natal pia é igual o calor é adicionado um sistema e desde que estejamos lidando com um sistema com pressão constante então obteremos esse resultado ao comparar um sistema irreversível a um sistema reversível e isso é verdadeiro para todos os processos irreversíveis e espontâneos e se assumimos que estejamos lidando com um sistema de pressão constante por isso esqueça um pouco e acabei de desenhar porque sabemos que isso é verdadeiro e assumindo se tratar de pressão constante então chegamos a isso e sabemos que se algo espontâneo então isso aqui deve ser menor do que 0 espero que tenha achado isso um pouco interessante na verdade vou dizer mais uma coisa que esse tipo de gel com a idéia da segunda lei da termodinâmica nos diz que para qualquer processo instantâneo o delta é se vai ser maior ou igual a 100 para qualquer processo espontâneo vai ser maior que zero porque embora isso bem aqui não seja a definição da entropia porque não estamos lidando com um processo irreversível aqui é possível até pensar dessa forma e assim pelo menos em um nível intuitivo chegamos lá onde o delta s/a maior do que 0 é bom não vou ficar muito nisso porque o que fiz no começo do vídeo é mais aprofundado do que estou fazendo agora por isso espero que possa ter passado uma noção do que é possível obter com a fórmula de energia livre de games e como ela impulsiona reações espontâneas simplesmente de nossa compreensão básica do que são processos reversíveis e reversíveis e como eles se relacionam com a entropia a troca de calor e ainda ao pio