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Termodinâmica

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Objetivos e definição de termodinâmica.

Se quiséssemos responder à pergunta “Por que duas substâncias reagem uma com a outra?” podemos responder superficialmente dizendo: “As substâncias reagem umas com as outras porque têm uma afinidade química entre si”.

No entanto, a resposta não nos permite prever quando duas espécies químicas podem reagir, muito menos entender por que certos produtos são formados a partir deles e não outros.

Daí a necessidade de uma avaliação exata dos fenômenos químicos que nos permita expressar a afinidade química das substâncias com um número.

Essa necessidade natural é totalmente satisfeita por Termodinâmica química, cujo objetivo principal é precisamente a interpretação dos fenômenos químicos através de leis gerais através das quais é possível:

  • Prever se uma reação química pode ocorrer espontaneamente sob certas condições experimentais;
  • Tenha indicações precisas sobre as condições mais adequadas para obter o máximo rendimento da reação.

Termodinâmica clássica

Em geral, a termodinâmica estuda a troca de energia entre o sistema e o meio ambiente com o objetivo de identificar as condições em que o sistema está em equilíbrio ou aquelas em que ele tende a evoluir espontaneamente..

A situação de equilíbrio corresponde a um sistema (chamado sistema termodinâmico) cujas características macroscópicas (temperatura, pressão, volume, concentração) são constantes ao longo do tempo. A situação “evolução” refere-se a um sistema que altera suas coordenadas para se equilibrar.

A termodinâmica é essencialmente baseada em vários princípios: o primeiro princípio da termodinâmica, que expressa a impossibilidade de criar e destruir energia, que pode ser transformada de uma forma para outra; Isso levou R. Clausius em 1865 a afirmar que o conteúdo energético do Universo, considerado como um sistema isolado, é constante.

A segunda lei da termodinâmica, que expressa a impossibilidade de integrar o calor no trabalho. A partir da elaboração desses dois princípios, é possível derivar os conceitos fundamentais que nos permitem prever a tendência dos fenômenos químicos.

Existe também o terceiro princípio da termodinâmica (o valor de entropia de um cristal puro e perfeito é de zero a zero absoluto) e o princípio de zero (dois sistemas em equilíbrio térmico devem ter a mesma temperatura).

Transformações espontâneas e condições de equilíbrio podem ser previstas através do estudo de algumas funções do estado termodinâmico, como entalpia (H), entropia (S), energia livre (G); Essas quantidades permitem que muitas propriedades dos compostos químicos sejam correlacionadas.

As teorias termodinâmicas clássicas não requerem conhecimento da estrutura íntima da matéria. Por essa razão, os conceitos fundamentais da termodinâmica, que datam de mais de um século, permanecem válidos porque estão separados das teorias em constante evolução sobre a constituição da matéria; Além disso, os princípios da termodinâmica não são derivados de leis gerais, mas representam a síntese de uma enorme quantidade de resultados experimentais alcançados pelo homem ao longo do tempo, inconscientemente antes, cientificamente depois.

A contrapartida dessa validade geral dos conceitos termodinâmicos é que eles não permitem obter informações sobre o mecanismo dos fenômenos aos quais são aplicados ou sobre o tempo necessário para que sejam cumpridos: a termodinâmica permite, por exemplo, prever se uma reação – sob certas condições experimentais: pode ou não ocorrer.

Se pode ocorrer, não fornece informações sobre o mecanismo molecular ou a velocidade com que ocorre. Esta informação é fornecida por outro ramo da química: cinética química. De fato, uma transformação pode ser termodinamicamente possível, mas ocorre em tanto tempo que, do ponto de vista prático, a transformação não ocorre. Portanto, o estudo termodinâmico de uma reação química deve sempre estar relacionado ao estudo cinético da mesma.

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