Processos endotérmicos e exotérmicos

RKA8JV - Olá, tudo bem com você? Você vai assistir, agora, a mais uma aula de ciências da natureza. Nesta aula, vamos conversar sobre o processo endotérmico e o processo exotérmico. Mas antes da gente começar a falar sobre esses termos, endotérmico e exotérmico, precisamos revisar alguns termos que normalmente são utilizados na termodinâmica. Por exemplo, sistema. O sistema se refere à parte do universo que estamos estudando. Para nosso exemplo, vamos considerar um gás monoatômico. Digamos que temos algumas partículas de hélio em um recipiente. O gás hélio representa o nosso sistema, os arredores ou vizinhança correspondem a todo o restante do universo. Isso incluiria este pistão aqui e o cilindro no qual o gás está. Já o universo, consiste no conjunto formado pelo sistema e a vizinhança. Também vamos estudar aqui o que é conhecida como primeira lei da termodinâmica, que pode ser descrita com a seguinte fórmula: ΔE = q + W. ΔE é a variação na energia interna do sistema, e a energia interna se refere à soma de todas as energias cinética e potencial dos componentes do sistema. Como temos um gás monoatômico aqui no nosso sistema, temos apenas energia cinética. Dessa forma, se a gente pegar a energia cinética de cada partícula e somar todas elas, teremos a energia interna do sistema, "q" se refere ao calor que é transferido do, ou para o sistema, e "W" se refere ao trabalho realizado no sistema ou pelo sistema. Normalmente, é muito comum realizar convenções de sinais para a primeira lei da termodinâmica. Por exemplo, pensando inicialmente no calor, ou seja, em "q", quando o calor flui do ambiente externo para o sistema, ou seja, da vizinhança para o sistema, "q" vai ser positivo. Quando o calor flui para fora do sistema, ou seja, para a vizinhança, "q" vai ser negativo. Em relação ao trabalho, quando o trabalho é feito no sistema pela vizinhança, o trabalho é positivo, mas se o trabalho for feito pelo sistema na vizinhança, o trabalho é negativo. Agora podemos pensar na energia interna também, que, inclusive, podemos pensar nela como uma conta bancária. Sendo assim, se tanto o calor quanto o trabalho forem positivos, a gente teria uma situação como se fosse dinheiro entrando em sua conta bancária, mas se o calor e o trabalho forem negativos, é como se tivesse dinheiro saindo de sua conta bancária. Enfim, feito esta discussão aqui, vamos ver um exemplo da primeira lei da termodinâmica usando nossa amostra de hélio que está em um cilindro com um pistão móvel. Digamos que 6.000 J de energia fluem da vizinhança para o sistema. Devido a isso, nossas partículas de hélio serão aquecidas, fazendo com que ela que se agitem mais e expandam o gás, empurrando, com isso, o pistão para cima. Como o pistão será empurrado para cima, teremos o sistema realizando o trabalho sobre a vizinhança. Vamos dizer que o sistema realizou um trabalho de 2.000 J sobre a vizinhança. Usando as nossas convenções atribuídas, uma vez que o calor fluiu do ambiente para o sistema, temos "q" sendo um valor positivo, e como o trabalho foi feito pelo sistema na vizinhança, o trabalho realizado será negativo. Agora vamos colocar esses valores na primeira lei da termodinâmica? O calor transferido é de 6.000 J positivo, e o trabalho realizado é de 2.000 J negativo. Sendo assim, o ΔE, ou a variação na energia interna é igual a 6.000 J - 2.000 J, que é 4.000 J positivo. Pensando em energia interna como nossa conta bancária, ganhamos 4.000 J no final da história. A gente poderia pensar nisso como ganhar R$ 4.000,00. Enfim, isso é só para você compreender a ideia. Como o sistema ganhou 4.000 J, isso deve significar que a vizinhança perdeu 4.000 J. Mas como a energia é conservada, a energia total do sistema permanece constante. Agora vamos aplicar a primeira lei da termodinâmica à combustão do propano que ocorreu em um recipiente aberto à pressão constante? Para a combustão do propano, os reagentes e produtos da reação de combustão são considerados o sistema, todo o restante é a vizinhança. Essa reação de combustão libera 2.044 kJ de energia, então esse é o calor que é transferido do sistema para o ambiente, ou seja, para a vizinhança. O sistema também realiza 2 kJ de trabalho na vizinhança, portanto, por convenção, tornamos isso aqui sendo negativo. Para encontrar a variação da energia interna do sistema, a gente vai somar "q" com "W", e com isso vamos encontrar aqui -2.046 kJ. Como essa reação foi realizada sob pressão externa constante, podemos escrever "qp" aqui. ''qp" é o calor que é transferido à pressão constante, e isso é igual à variação da entalpia, que é simbolizada por ΔH. A variação da entalpia é o calor que é transferido à pressão constante. Sendo assim, a variação da entalpia para a combustão do propano é igual a -2.044 kJ. Observe uma coisa interessante aqui, a variação da entalpia tem quase o mesmo valor que a variação da energia interna, portanto, trabalho realizado pelo sistema é uma quantidade muito pequena nesse caso, e, geralmente, este é o caso. Como a maioria das reações químicas são realizadas sob pressão constante, os químicos se preocupam mais com a variação de entalpia do que com a variação de energia interna. Inclusive, quando ΔH é negativo, chamamos isso de processo exotérmico, e aí, como podemos observar aqui, a combustão do propano é uma reação exotérmica. Um processo endotérmico é onde o calor é transferido da vizinhança para o sistema. Neste caso, o sistema ganha calor da vizinhança. A variação de entalpia ΔH é positiva para um processo endotérmico. Um exemplo desse caso é o derretimento de um cubo de gelo. Enfim, se o calor flui do sistema para o ambiente, para a vizinhança, o sistema liberou o calor para o ambiente e a variação de entalpia, ΔH, é negativa. esse processo é chamado de processo exotérmico. E já vimos um exemplo disso, a combustão do propano é uma reação exotérmica. Pensando nisso, uma mudança de fase pode ser um processo endotérmico ou exotérmico. Uma reação química também pode ser um processo endotérmico ou exotérmico. E mesmo a formação de uma solução pode ser classificada como um processo endotérmico ou exotérmico. Vamos pensar em uma solução aqui. Vamos dizer que temos um copo cheio de água, aí pegamos um sólido e dissolvemos esse sólido na água para formar uma solução. Se o processo de dissolução é um processo exotérmico, isso significa que o sistema libera calor para o ambiente, e uma vez que o copo faz parte do ambiente, se colocássemos a mão sobre o copo e ele estivesse quente, saberíamos que a dissolução desse sólido em particular é um processo exotérmico. Agora, se a gente fizesse a mesma coisa com o outro sólido, ou seja, dissolvesse esse sólido em água para formar uma solução, aí ao colocarmos a mão no copo, e dessa vez ele estiver frio, o motivo do copo estar frio é porque a energia foi transferida em forma de calor do ambiente ao seu redor para o sistema, com isso, a vizinhança perdeu energia, e aí poderemos dizer que a dissolução desse sólido em particular foi um processo endotérmico. Espero que tenha compreendido tudo direitinho, e mais uma vez, eu quero deixar aqui para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima!