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Química - Ensino Médio
Curso: Química - Ensino Médio > Unidade 15
Lição 1: Processos endotérmico e exotérmicoProcessos endotérmicos e exotérmicos
A primeira lei da termodinâmica relaciona a variação da energia interna de um sistema (ΔE) ao calor transferido (q) e ao trabalho realizado (w). A uma pressão constante, q é igual à variação na entalpia (ΔH) de um processo. Se ΔH é positivo, o processo absorve calor do ambiente e é chamado de endotérmico. Se ΔH é negativo, o processo libera calor para o ambiente e é chamado de exotérmico. Mudanças de fase, reações químicas e a formação de soluções são exemplos de processos endotérmicos e exotérmicos. Versão original criada por Jay.
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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!