Aula 3 - Fundamentos de físico-química pptx

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Calorimetria: Conceito de trabalho e calor, 
calor específico e calorimetria, equilíbrio 
térmico, energia interna, teoria cinética 
dos gases, relação pressão e densidade. 
FUNDAMENTOS DE FÍSICO-QUÍMICA
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Algumas curiosidades
Antes de responder, vamos conhecer alguns conceitos 
fundamentais...
Por que durante o dia é 
tão quente no deserto, 
mas à noite é tão frio?
Por que, durante o dia, 
quando estamos na 
praia, percebemos que o 
vento sopra da água para 
a areia, mas à noite esse 
sentido é invertido?
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Calor
Energia Térmica em trânsito 
devido a diferença de 
temperatura entre corpos. 
Costuma-se dizer que calor é 
ENERGIA TÉRMICA EM 
MOVIMENTO
✔Obs.: O Calor SEMPRE flui espontaneamente do corpo 
de MAIOR temperatura para o corpo de MENOR 
temperatura
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Definições
Temperatura é a medida do 
grau de agitação das moléculas 
de um sistema
Calor é a forma de transferir 
energia de um corpo ou sistema 
para outro.
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Joseph Black
Físico, Químico e Médico 
escocês, evidenciou-se no seu 
trabalho sobre Termodinâmica, 
sendo o primeiro a distinguir 
Calor de Temperatura. Introduziu 
a noção de Calor Específico e 
de Calor Latente. É considerado, 
juntamente com Cavendish e 
Lavoisier, um dos pioneiros da 
Química Moderna
(1728 - 1799)
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Joseph Black
Por meio de experimentos nos 
quais misturava substâncias a 
diferentes temperaturas, 
observou que os resultados 
não condiziam com as teorias 
da época, que apontavam o 
calor como uma substância 
fluida (chamada de calórica) 
presente na matéria
(1728 – 1799)
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Calorimetria
Técnica para medir o calor específico de um sólido 
ou de um líquido
O princípio de conservação de energia para esse sistema isolado 
requer que a energia que sai pelo calor da substância mais 
quente (de calor específico desconhecido) se iguale à energia 
que entra na água. Logo, podemos escrever
Q
frio 
= −Q
quente
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Calorimetria
Estuda as trocas de energia entre corpos ou 
sistemas quando essas trocas se dão na forma de 
calor
Objetivo: Determinar o intervalo de temperatura 
em que os calorímetros utilizados podem ser 
considerados ideais. Determinar o calor específico 
da água e a capacidade térmica dos calorímetros
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Quantidade de calor
A propriedade física que define a quantidade de calor Q
necessária para aquecer
determinado material de ∆T é chamada capacidade 
térmica, e é definida como: Q = C ∆T
A capacidade térmica é uma característica de uma 
amostra de determinada substância.
A capacidade térmica de um corpo é a razão entre a quantidade de calor que o 
corpo troca (ganhando ou perdendo) e a variação de temperatura que ele sofre 
nesta troca. Sua unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades (S.I)
é o J / K, sendo que a mais usada é a cal / oC.
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Calor sensível
Calor que produz variação de temperatura sem que o 
estado físico da matéria seja alterado
Ex.: Quando colocamos algo 
para aquecer no fogo, estamos 
aumentando sua temperatura
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Calor sensível
A propriedade física que define a quantidade de 
calor Q necessária para aquecer de ∆T uma 
massa m de determinado material é
chamada calor específico, e é definida:
Q = m . c . ∆T
Unidade: J / kg . K, usual cal/g . oC
Chamamos de Calor específico de uma 
substância ( c ) a razão entre a quantidade de 
calor que a substância troca e o produto entre a 
sua massa e a variação de temperatura sofrida.
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Unidade de medida de calor
Antes dos cientistas reconhecerem que havia uma ligação entre a 
termodinâmica e a mecânica, o calor era definido em termos das variações de 
temperatura que ele produzia num corpo, e utilizava-se uma unidade separada 
de energia, a caloria, para o calor.
A caloria (cal) era definida como o calor necessário para elevar a 
temperatura de 1g de água de 14,5 ºC para 15,5ºC.
Em 1948, os cientistas concordaram que, o calor (assim como o trabalho) é 
uma medida da transferência de energia, e sua unidade no SI deveria ser o 
joule.
Equivalente mecânico de calor
1cal ≡ 4.186J
O trabalho realizado sobre a água pelos pesos em queda (em 
joules), rodam as pás produzindo um aumento de 
temperatura, equivalente à absorção, pela água, de uma 
determinada quantidade de calor (em calorias)
Equação de calorimetria
Como
 
Temos que: 
Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (QS) é 
DIRETAMENTE PROPORCIONAL
1. Massa (m) do corpo 🡪 Quanto maior a massa do corpo, maior a 
quantidade de calor necessária para variar sua temperatura;
2. ao Calor Específico (c) 🡪 Quanto maior o calor específico, maior a 
quantidade de calor necessária para variar sua temperatura;
3. à Variação de Temperatura (∆T) 🡪 Quanto maior a variação de 
temperatura que se deseja obter de um corpo, maior a quantidade 
de calor que se deve fornecer.
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Capacidade térmica
Quantidade de calor necessária 
para elevar em 1ºC a 
temperatura de um corpo.
Equivale ao quociente entre a 
quantidade de calor recebido 
ou cedido pelo corpo e a 
correspondente variação de 
temperatura.
 
Exemplo:
Q = 40 cal
46º
C
26º
C
∆T = 20 ºC
Neste caso, temos: 
Logo: 
Esse resultado nos indica que, para variar a 
temperatura desse corpo em 1 ºC, precisaremos 
fornecer a ele 2 cal.
Calor específico
Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC 
a temperatura de uma unidade de massa de um 
corpo.
 
Exemplo: Nesse caso, temos:
 
Logo: 
Q = 0,5 cal
27ºC
26ºC
∆T = 1 ºC
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maca (T − Ta ) = −mxcx (T − 
Tx )
Q
frio 
= −Q
quente
c
x xm (T− T )= maca (T − Ta )
x
ca - calor específico da água
cx - calor específico do corpo
Corpo de massa m (mx)Água de massa M (ma)
T – temperatura de equilíbrio final após a água e a substância se combinarem
Obtemos o calor específico do corpo
Ta - temperatura inicial da água
Tx - temperatura inicial do corpo
Calor específico
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Calor latente
As mudanças de fase comuns são de sólido para 
líquido (fusão), líquido para gás (evaporação)
A propriedade física que define a quantidade de calor Q necessária 
para uma mudança de fase de uma massa m de determinada
substância é chamada calor latente, e
édefinida como: Q = m L
Calor latente
Q = ±mL
Ponto de fusão
Calor latente
O calor latente de evaporação para uma dada substância 
é geralmente muito maior do que o calor latente de 
fusão
Calor latente
Temperatura versus energia fornecida, quando 1 g de 
gelo inicialmente a – 30.0 ºC é convertido em vapor a 
120.0 ºC.
Vapor d’água
Vapor
Acréscimo de energia
Condução de calor
A condução térmica consiste na 
transferência de energia entre as moléculas 
que constituem o sistema
Fluxo de Calor (Φ)
É a quantidade de calor que atravessa 
uma determinada superfície a cada 
unidade de tempo.
Δ
t
Φ = Q cal, cal, J ,...
s min s
Φ Quantidade de energia 
transferida na unidade de 
tempo (Potência).
Condução de calor
Energia é transferida de átomo para átomo ao material
As amplitudes de vibração 
intensificadas, e portanto a energia 
associada, são transferidas ao longo 
do material, de átomo para átomo, 
em colisões entre átomos adjacentes
Pcond
= Q = kA(TQ − TF )
Δt L
Bom condutor k elevado 
Mau condutor k reduzido
TQ > TF
Q – quantidade de calor transferida 
no tempo t k – condutividade térmica do 
material
A – Área T – temperatura
L – espessura
Equilíbrio térmico
O corpo A vai transferir energia térmica para o corpo B até 
que ocorra o equilíbrio térmico. Se consideramos que o 
sistema é hermeticamente isolado (não troca energia com o 
meio externo), o calor cedido por A (-Qa) é igual ao calor 
cedido por B (Qb)
Logo; -Qa + Qb = 0.
Gases 
Importância dos gases 
Propriedades dos gases
Gás Perfeito: moléculas (ou átomos) 
em movimento
 
- Movimento aumenta com aumento da 
temperatura
- Moléculas muito separadas umas 
das outras 
- Trajetórias muito pouco perturbadas 
por forças intermoleculares
Propriedades dos gases
Estado físico: definido por propriedades físicas
 Gás puro: 
 - Volume que ocupa,V 
 - Quantidade de substância (número de moles) , n 
 - Pressão, P 
 - Temperatura , T 
Se três variáveis especificadas - quarta variável 
fixada 
Equação de Estado: P = f ( T, V, n)
Propriedades - Compressão
Propriedades - Pressão
 Pressão: força atuando em um 
objeto por unidade de área: 
• Gravidade: exerce uma força 
sobre a atmosfera terrestre
 • Uma coluna de ar de 1 m2 de 
seção transversal exerce uma força 
de 105 N
 Pressão de uma coluna de ar de 1 
m2 = 100 kPa
Propriedades - Pressão
Pressão
Pressão atmosférica e barômetro 
 Unidades SI: 1 N = 1 kg m/s2 ; 1 Pa = 1 N/m2 
• Pressão atmosférica: medida com barômetro
• Se um tubo é inserido em um recipiente de mercúrio 
aberto à atmosfera, o mercúrio subirá 760 mm no tubo
 • Pressão atmosférica padrão = pressão necessária 
para suportar 760 mm de Hg em uma coluna
Unidades: 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 x 
105 Pa = 101,325 kPa
Barômetro de Toricelli
Torricelli: inventor do 
barômetro 
• Pressão atmosférica pode 
ser medida por uma coluna 
de Hg
Leis dos gases
Lei de Boyle: volume de uma quantidade fixa de 
gás é inversamente proporcional à sua pressão
Boyle: usou um manômetro para executar o 
experimento. 
Leis dos gases
Lei de Boyle: volume de uma quantidade fixa de 
gás é inversamente proporcional à sua pressão
Boyle: usou um manômetro para executar o 
experimento. 
Leis dos gases
Relação entre volume e pressão (temperatura 
constante = isoterma)
Leis dos gases
Leis dos gases
Lei de Charles: volume de uma quantidade fixa 
de gás (à pressão constante) aumenta com o 
aumento da temperatura
Leis dos gases
Relação entre volume e temperatura 
(pressão constante = isobárica)
Leis dos gases
Lei de Gay-Lussac de volumes combinados: em 
determinada temperatura e pressão, os volumes dos 
gases que reagem são proporções de números 
inteiros pequenos
Leis dos gases
Hipótese de Avogadro: Volumes 
iguais de gases à mesma 
temperatura e pressão conterão 
o mesmo número de partículas
Leis dos gases
Leis dos gases
Exercício de fixação
(VUNESP-SP) Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos 
calores específicos estão dados na tabela adiante, 
encontram-se armazenadas, separadamente e à mesma 
temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e 
capacidade térmica desprezível. Se cada líquido receber a 
mesma quantidade de calor, suficiente apenas para aquecê-lo, 
mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que 
apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:
a) a água.
b) o petróleo.
c) a glicerina.
d) o leite.
e) o mercúrio.
Exercício de fixação
(FUVEST-SP) Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda 
energia térmica liberada por 1000 g de água que diminuem a 
sua temperatura de 1°C, sofre um acréscimo de temperatura de 
10°C. O calor específico do bloco, em cal/g.°C, é: (Adote: cágua: 
1,0 cal/g.°C)
a) 0,2
b) 0,1
c) 0,15
d) 0,05
e) 0,01
Exercício de fixação
Sabemos que:
 
Resolução
Como todo calor liberado pela 
água vai ser aproveitado para 
aquecer o bloco, temos que:
 
 
🡺
 
Substituindo os valores, obtemos:
🡺
 
🡺
 
Resposta: d)
 
Exercício de fixação
a) o corpo maior é o mais quente.
b) o corpo menor é o mais quente.
c) não há troca de calor entre os corpos.
d) o corpo maior cede calor para o corpo menor.
e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.
(FEI-SP) Quando dois corpos de tamanhos diferentes 
estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos 
isolados do meio ambiente, pode-se dizer que:
Exercício de fixação
a) o corpo maior é o mais quente.
b) o corpo menor é o mais quente.
c) não há troca de calor entre os corpos.
d) o corpo maior cede calor para o corpo menor.
e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.
(FEI-SP) Quando dois corpos de tamanhos diferentes 
estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos 
isolados do meio ambiente, pode-se dizer que:
Exercício de fixação
(PUC-SP - Modificada) É preciso abaixar de 3°C a temperatura da 
água da bacia, para que o nosso amigo possa tomar banho 
confortavelmente. Para que isso aconteça, quanto calor deve ser 
retirado da água?
O caldeirão contém 10 kg de água e o calor específico da água é 
1 cal/g°C.
a) 20 kcal
b) 10 kcal
c) 50 kcal
d) 30 kcal
e) Precisa-se da temperatura inicial da água para determinar 
 a resposta.
Exercício de fixação
Resolução
Sabemos que:
Da equação geral da calorimetria, temos
Resposta: d)
 
 
 
Substituindo os valores, obtemos:
🡺 
 O sinal negativo indica que o calor foi 
retirado da água.