Termoquímica no SDCTI GRACELI -CADEIAS DE INTERAÇÕES E DIMENS. FENOM.

A termoquímica, também chamada de termodinâmica química, é o ramo da físico-química que estuda as quantidades de calor (energia) absorvidas ou liberadas em reações químicas, assim como as transformações físicas, tais como a fusão e a ebulição, baseando-se em princípios da termodinâmica.^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]

A termoquímica genericamente é relacionada com a troca de energia acompanhando transformações, tais como misturas, transições de fases, reações químicas, além de calcular grandezas como a capacidade térmica, o calor de combustão, o calor de formação, a entalpia e a energia livre.^[1]^[6]

História[editar | editar código-fonte]

A termoquímica apoia-se sobre duas generalizações:^[7]

Leis de Lavoisier e Laplace (1780): A transferência de energia acompanhando qualquer transformação é igual e oposta à transferência de energia acompanhando o processo reverso.^[8]
Lei de Hess (1840): A variação de energia (entalpia) total de uma reação é a soma das entalpias de reação das etapas em que a reação pode ser dividida.^[9]

Gustav Kirchhoff mostrou em 1858 que a variação do calor de reação é dada pela diferença da capacidade térmica entre os produtos e os reagentes:

dΔH / dT = ΔC_p.

FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

TRANSFORMAÇÕES ⇔ INTERAÇÕES ⇔ TUNELAMENTO ⇔ EMARANHAMENTO ⇔ CONDUTIVIDADE ⇔ DIFRAÇÕES ⇔ radioatividade, ABSORÇÕES E EMISSÕES INTERNA ⇔ Δ de temperatura e dinâmicas, transições de estados quântico Δ ENERGIAS, ⇔ Δ MASSA , ⇔ Δ CAMADAS ORBITAIS , ⇔ Δ FENÔMENOS , ⇔ Δ DINÂMICAS, ⇔ Δ VALÊNCIAS, ⇔ Δ BANDAS, Δ entropia e de entalpia, E OUTROS.

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

[EQUAÇÃO DE DIRAC].

\Delta U={\frac {3}{2}}nR(T_{f}-T_{i})

+ FUNÇÃO TÉRMICA.

N=N_{{o}}.e^{{-\lambda .t}}

+ FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

T=e^{-2bL}

b={\sqrt {\frac {8\pi ^{2}m(Ub-E)}{h^{2}}}}

\Delta S=S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}

+ ENTROPIA REVERSÍVEL

\sigma =q(n\mu _{n}+p\mu _{p})[\Omega .cm]^{{-1}}

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

E_{p}={\sqrt {{\frac {\hbar c^{5}}{G}}}}\approx

ENERGIA DE PLANCK

$V [R] [MA] = Δ e, M, Δ f, Δ E, Δ t, Δ i, Δ T, Δ C, Δ E, Δ A, Δ D, Δ M......$

ΤDCG

X

Δe, ΔM, Δf, ΔE, Δt, Δi, ΔT, ΔC, ΔE,ΔA, ΔD, ΔM...... =
x
sistema de dez dimensões de Graceli +
DIMENSÕES EXTRAS DO SISTEMA DECADIMENSIONAL E CATEGORIAL GRACELI.
DIMENSÕES DE FASES DE ESTADOS DE TRANSIÇÕES DE GRACELI.
x

sistema de transições de estados, e estados de Graceli, fluxos aleatórios quântico, potencial entrópico e de entalpia.

x
TEMPO ESPECÍFICO E FENOMÊNICO DE GRACELI
X
T l   T l    E l      Fl        dfG l

N l   El             tf l

P l   Ml           tfefel

Ta l   Rl

         Ll

D

A integração dessa equação permite avaliar o calor de reação a uma temperatura a partir de valores em outra temperatura.^[10]^[11]

Princípios[editar | editar código-fonte]

Princípios da Química

Físico-Química [Expandir]
Química orgânica [Expandir]
v d e

Calor e calorimetria[editar | editar código-fonte]

Ver artigos principais: Calor e Calorimetria

As transformações físicas e as reações químicas são, geralmente, acompanhadas pela liberação ou absorção de calor. Sabe-se, por exemplo, que é necessário fornecer calor (energia) para que a água seja aquecida a ponto de se vaporizar; e que, por outro lado, há liberação de calor (energia) quando o vapor da água se condensa. Percebe-se a enorme importância de se conhecer e controlar essas trocas de calor, por exemplo, no funcionamento das locomotivas a vapor, um dos avanços tecnológicos centrais da primeira revolução industrial, que transformava a energia térmica em trabalho.^[1]

A calorimetria é o estudo e a medição das quantidades de calor liberadas ou absorvidas pelos fenômenos físicos e químicos.^[12] Para o desenvolvimento experimental da medição do calor, foram construídos os calorímetros, aparelhos utilizados para efetivamente medir o calor trocado. Um dos mais simples calorímetros é o calorímetro de água, em que se coloca um corpo aquecido (ou que provoque uma reação química) dentro da água contida pelo calorímetro, resultando em seu aquecimento. Conhecendo o quanto a temperatura da água se elevou, é possível determinar a quantidade de calor liberada pelo corpo ou pela reação, contanto que a troca de calor com o ambiente externo seja desprezível. Com isso, percebe-se que o aumento de temperatura da água é devido exclusivamente ao corpo aquecido ou à reação ocorrida, isto é, o calor recebido pela água é, em módulo, igual ao calor cedido pelo corpo ou pela reação. Portanto, denominando-se por

m

a massa de água do calorímetro, por

c

o calor específico da água, e por

\Delta T

a variação na temperatura da água, temos que o calor trocado

Q

é tal que:^[13]

Q=mc\Delta T

FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

[EQUAÇÃO DE DIRAC].

\Delta U={\frac {3}{2}}nR(T_{f}-T_{i})

+ FUNÇÃO TÉRMICA.

N=N_{{o}}.e^{{-\lambda .t}}

+ FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

T=e^{-2bL}

b={\sqrt {\frac {8\pi ^{2}m(Ub-E)}{h^{2}}}}

\Delta S=S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}

+ ENTROPIA REVERSÍVEL

\sigma =q(n\mu _{n}+p\mu _{p})[\Omega .cm]^{{-1}}

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

E_{p}={\sqrt {{\frac {\hbar c^{5}}{G}}}}\approx

ENERGIA DE PLANCK

$V [R] [MA] = Δ e, M, Δ f, Δ E, Δ t, Δ i, Δ T, Δ C, Δ E, Δ A, Δ D, Δ M......$

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Energia interna[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Energia interna

Na física da mecânica clássica, existem fundamentalmente dois tipos de energia que um objeto pode ter:

A energia cinética, associada ao seu movimento;
A energia potencial, por ele armazenada e que pode se transformar em outro tipo de energia, cinética ou potencial.

Desse modo, é possível entender o calor liberado ou absorvido por uma reação química a partir do conceito de energia interna. A energia interna de uma substância qualquer, composta por átomos e/ou moléculas, é equivalente a soma da energia química armazenada por ligações elétricas entre átomos e entre moléculas (uma forma de energia potencial), e da energia térmica armazenada na translação, vibração ou rotação de átomos e moléculas (uma forma de energia cinética). Isto é, a energia interna de uma substância é armazenada parcialmente na forma de energia química e parcialmente na forma de energia térmica.^[14]

Tomando a generalização do conceito de energia interna de uma substância como sendo a energia interna de um sistema, a soma de todas as energias internas das substâncias que o compõem, enuncia-se então a lei da conservação de energia ou a primeira lei da termodinâmica para um sistema isolado, que não troca calor, e nem sofre nem exerce trabalho. Essa lei afirma que a variação da energia interna de um sistema isolado é nula, ou, de forma equivalente, a energia interna de um sistema isolado é constante.^[14]

Entalpia[editar | editar código-fonte]

Combustão de carvão, liberando calor.

Entalpia é um conceito ligado a termodinâmica que serve para quantificar a quantidade de energia que uma substância contém. A entalpia é uma função de estado, uma propriedade extensiva ( proporcional a quantidade de mol).

Para definir a entalpia, é conveniente tomar o exemplo da queima de carvão em um ambiente aberto. Nele, o carbono (

{\ce {C}}

) no carvão reage com o gás oxigênio (

{\ce {{O2}}}

) da atmosfera, produzindo monóxido de carbono (

{\ce {{CO}}}

). Resume-se a reação na seguinte equação, já balanceada:^[14]

{\ce {2{C}+ {O2}-> 2{CO}}}

X

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

Em uma análise preliminar, percebe-se que o volume do sistema aumentou, pois, já que o volume do carbono sólido era desprezível, havia 1 mol

{\ce {{O2}}}

que se transformou em 2 mols de

{\ce {{CO}}}

Portanto, parte da energia liberada na reação foi utilizada para expandir o gás na forma de trabalho. Como decorrência da conservação de energia, esse trabalho de expansão deverá ser "descontado" da energia liberada pela reação, resultando em um "saldo" menor da energia. Denomina-se esse "saldo" por entalpia (

H

) ou conteúdo de calor. Essa grandeza sempre se refere à energia liberada ou absorvida pela reação em sistemas abertos, em que a pressão é constante devido ao reservatório da atmosfera.^[14]

Com isso, a variação de entalpia (

\Delta H

) é a medida da quantidade de calor (

Q

) liberada ou absorvida pela reação, à pressão constante (

P

). Ou seja:^[14]

\Delta H=Q

, a

P

constante

FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

[EQUAÇÃO DE DIRAC].

\Delta U={\frac {3}{2}}nR(T_{f}-T_{i})

+ FUNÇÃO TÉRMICA.

N=N_{{o}}.e^{{-\lambda .t}}

+ FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

T=e^{-2bL}

b={\sqrt {\frac {8\pi ^{2}m(Ub-E)}{h^{2}}}}

\Delta S=S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}

+ ENTROPIA REVERSÍVEL

\sigma =q(n\mu _{n}+p\mu _{p})[\Omega .cm]^{{-1}}

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

E_{p}={\sqrt {{\frac {\hbar c^{5}}{G}}}}\approx

ENERGIA DE PLANCK

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Reações exotérmicas e endotérmicas[editar | editar código-fonte]

Ver artigos principais: Reação exotérmica e Reação endotérmica

Reações exotérmicas são as reações que produzem ou liberam calor, como por exemplo a queima de carvão e a combustão da gasolina.^[1] Nelas, a entalpia dos reagentes é maior que a entalpia dos produtos, resultando em uma variação negativa de entalpia (

\Delta H<0

). Já as reações endotérmicas são exatamente o oposto, absorvendo calor para poder serem realizadas, como a decomposição de carbonato de cálcio a síntese de óxido nítrico.^[12] Nessas reações, a entalpia dos reagentes é menor que a entalpia dos produtos, resultando em uma variação positiva (

\Delta H>0

).^[2]^[3]^[4]^[5]^[14]

Como exemplo comparativo, a reação que tem como produto H₂O é exotérmica, pois libera calor. Já a reação inversa é endotérmica, porque necessita de calor para que se gerem os produtos:^[15]

{\ce {{H2_{(}g)}+1/2{O2_{(}g)}->{H2O_{(}l)}}}

\quad \Delta H=-286kJ/mol

{\ce {{H2O_{(}l)}->{H2_{(}g)}+1/2{O2_{(}g)}}}

\quad \Delta H=+286kJ/mol

FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

[EQUAÇÃO DE DIRAC].

\Delta U={\frac {3}{2}}nR(T_{f}-T_{i})

+ FUNÇÃO TÉRMICA.

N=N_{{o}}.e^{{-\lambda .t}}

+ FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

T=e^{-2bL}

b={\sqrt {\frac {8\pi ^{2}m(Ub-E)}{h^{2}}}}

\Delta S=S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}

+ ENTROPIA REVERSÍVEL

\sigma =q(n\mu _{n}+p\mu _{p})[\Omega .cm]^{{-1}}

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

E_{p}={\sqrt {{\frac {\hbar c^{5}}{G}}}}\approx

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Transições de fase[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Transição de fase

Como a cada uma destas fases de uma substância corresponde determinado tipo de estrutura corpuscular, há vários tipos de mudanças de estruturas dos corpos quando muda a fase, ou de estado de aglomeração, da substância que são feitos. A mudança de fases ocorre conforme o diagrama de fases da substância. Mudando a pressão ou a temperatura do ambiente onde um objeto se encontra, esse objeto pode sofrer mudança de fase.

Fusão - mudança do estado sólido para o líquido.Existem dois tipos de fusão:
- Gelatinosa - derrete todo por igual; por exemplo o plástico.
- Cristalina - derrete de fora para dentro; por exemplo o gelo.
Vaporização - mudança do estado líquido para o gasoso. Existem três tipos de vaporização:
- Evaporação - as moléculas da superfície do líquido tornam-se gás em qualquer temperatura.
- Ebulição - o líquido está na temperatura de ebulição e fica borbulhando, recebendo calor e tornando-se gás.
- Calefação - o líquido recebe uma grande quantidade de calor em período curto e se torna gás rapidamente.
Condensação - mudança de estado gasoso para líquido (inverso da Vaporização).
Solidificação - mudança de estado líquido para o estado sólido (inverso da Fusão).
Sublimação - um corpo pode ainda passar diretamente do estado sólido para o gasoso.
Ressublimação - mudança direta do estado gasoso para o sólido (inverso da Sublimação).
Ionização - mudança de estado gasoso para o estado plasma.
Desionização - mudança de estado plasma para estado gasoso (inverso de Ionização).

FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

[EQUAÇÃO DE DIRAC].

\Delta U={\frac {3}{2}}nR(T_{f}-T_{i})

+ FUNÇÃO TÉRMICA.

N=N_{{o}}.e^{{-\lambda .t}}

+ FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

T=e^{-2bL}

b={\sqrt {\frac {8\pi ^{2}m(Ub-E)}{h^{2}}}}

\Delta S=S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}

+ ENTROPIA REVERSÍVEL

\sigma =q(n\mu _{n}+p\mu _{p})[\Omega .cm]^{{-1}}

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

E_{p}={\sqrt {{\frac {\hbar c^{5}}{G}}}}\approx

ENERGIA DE PLANCK

$V [R] [MA] = Δ e, M, Δ f, Δ E, Δ t, Δ i, Δ T, Δ C, Δ E, Δ A, Δ D, Δ M......$

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Δe, ΔM, Δf, ΔE, Δt, Δi, ΔT, ΔC, ΔE,ΔA, ΔD, ΔM...... =
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Expoentes críticos e classes de universalidade[editar | editar código-fonte]

Transições de fase contínua são mais fáceis de estudar do que as transições de primeira ordem, devido à ausência de calor latente, e foi descoberto que elas têm muitas propriedades interessantes. Os fenômenos associados com as transições de fase contínuas são chamados fenômenos críticos, devido à sua associação com pontos críticos.

Transições de fase contínua podem ser caracterizadas por parâmetros conhecidos como expoentes críticos. O mais importante é, talvez, o expoente que descreve o desvio do comprimento de correlação térmica ao se aproximar da transição. Por exemplo, vamos examinar o comportamento da capacidade de calor perto de uma transição. Nós variamos a temperatura

T

do sistema, mantendo todas as outras variáveis termodinâmicas fixas, e achamos que a transição ocorre em algum temperatura crítica T_c . Quando

T

está perto de T_c, a capacidade de calor

C

normalmente tem um comportamento de lei de potência,

C\propto |T_{c}-T|^{-\alpha }.

X

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

Tal comportamento tem a capacidade calorífica dos materiais amorfos perto da temperatura de transição de vidro onde o exponente crítico universal α = 0.59^[29] Um comportamento semelhante, mas com o expoente

ν

ao invés de

α

, aplica-se para o comprimento de correlação.

O expoente

ν

é positivo. Isto é diferente com α. Seu valor real depende do tipo de transição de fase que estamos considerando.

Acreditava-se que os expoentes críticos são os mesmos acima e abaixo da temperatura crítica. Foi agora demonstrado que isto não é necessariamente verdade: Quando uma simetria contínua é explicitamente discriminada a uma simetria discreta por anisotropias irrelevantes (nas renormalização grupo sentido), em seguida, alguns expoentes (tais como

\gamma

, o expoente da susceptibilidade) não são idênticos.^[30]

Para -1 <α <0, a capacidade de calor tem uma "torção" à temperatura de transição. Este é o comportamento do hélio líquido na transição lambda a partir de um estado normal para o estado superfluido, para o qual experimentos descobriram α = -0,013 ± 0,003. Pelo menos um experimento foi realizado em condições de gravidade zero de um satélite em órbita para minimizar a diferença de pressão na amostra.^[31] Este valor experimental de α concorda com as previsões teóricas com base na teoria de perturbação variacional.^[32]

Para 0 <α <1, a capacidade de calor diverge à temperatura de transição (embora, uma vez que α <1, a entalpia permanece finita). Um exemplo de tal comportamento é a transição de fase ferromagnética 3D. No modelo de Ising tridimensional para ímãs uniaxiais, estudos teóricos detalhados produziram o expoente α ~ +0,110.

Alguns sistemas modelo não obedecem a um comportamento de lei de potência. Por exemplo, a teoria prevê um campo médio de descontinuidade finita de capacidade de calor à temperatura de transição, e o modelo de Ising bidimensional tem uma divergência logarítmica. No entanto, estes sistemas são casos limitados e exceções à regra. Transições de fase reais apresentam um comportamento de lei de potência.

Vários outros expoentes críticos,

β, γ, δ, ν

, e

η

, são definidos, examinando o comportamento de lei de potência de uma quantidade física mensurável perto da transição de fase. Expoentes são relacionados por relações de escala, tais como

\beta =\gamma /(\delta -1),\qquad \nu =\gamma /(2-\eta )

FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

\left(\alpha _{0}mc^{2}+\sum _{{j=1}}^{3}\alpha _{j}p_{j}\,c\right)\psi ({\mathbf {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}({\mathbf {x}},t)

[EQUAÇÃO DE DIRAC].

\Delta U={\frac {3}{2}}nR(T_{f}-T_{i})

+ FUNÇÃO TÉRMICA.

N=N_{{o}}.e^{{-\lambda .t}}

+ FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

T=e^{-2bL}

b={\sqrt {\frac {8\pi ^{2}m(Ub-E)}{h^{2}}}}

\Delta S=S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}

+ ENTROPIA REVERSÍVEL

\sigma =q(n\mu _{n}+p\mu _{p})[\Omega .cm]^{{-1}}

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

E_{p}={\sqrt {{\frac {\hbar c^{5}}{G}}}}\approx

ENERGIA DE PLANCK

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Δe, ΔM, Δf, ΔE, Δt, Δi, ΔT, ΔC, ΔE,ΔA, ΔD, ΔM...... =
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Pode-se mostrar que existem apenas dois expoentes independentes, por exemplo,

ν

η

É um fato notável que as transições de fase que surgem em diferentes sistemas muitas vezes possuem o mesmo conjunto de expoentes críticos. Este fenômeno é conhecido como universalidade. Por exemplo, os expoentes críticos no ponto crítico do gás-líquido foram encontrados como sendo independentes da composição química do fluido.

O mais impressionante, mas compreensivel, eles são uma correspondência exata para os expoentes críticos da transição de fase ferromagnética em ímãs uniaxiais. Tais sistemas são referidos como sendo da mesma classe de universalidade. A universalidade é uma previsão da teoria do grupo de renormalização de transições de fase, que afirma que as propriedades termodinâmicas de um sistema perto de uma transição de fase depende apenas de um pequeno número de recursos, como dimensionalidade e simetria, e são insensíveis às propriedades microscópicas subjacentes de o sistema. Mais uma vez, a divergência do comprimento de correlação é o ponto essencial.

terça-feira, 17 de setembro de 2019

História[editar | editar código-fonte]

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Calor e calorimetria[editar | editar código-fonte]

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Entalpia[editar | editar código-fonte]

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Transições de fase[editar | editar código-fonte]

Expoentes críticos e classes de universalidade[editar | editar código-fonte]