Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efeito estufa  7.1.2. Destruição da Camada de Ozônio  7.1.3. Poluentes do ar e fumaça  7.2. Química da Água  7.2.1. pH e dureza da água  7.2.2. Tratamento de águas residuais  7.2.3. Química Aquática  7.3. Química do Solo  7.3.1. Contaminação por metais pesados  7.3.2. pH do Solo e Capacidade Tamponante  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicologia e Segurança Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Avaliação de Risco em Toxicologia e Segurança Química em Química Ambiental  7.4.3. Efeitos dos poluentes no ambiente

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Entalpia e capacidade térmica


A termodinâmica é uma das áreas centrais da química física, que se aprofunda no estudo das transformações de energia. Dois conceitos essenciais neste assunto são entalpia e capacidade térmica. Esses termos ajudam a compreender como a energia térmica entra e sai de um sistema durante reações químicas ou processos físicos. Este documento irá cobrir de forma abrangente os princípios e aplicações de entalpia e capacidade térmica, proporcionando uma base sólida nesta área da química em nível de pós-graduação.

O que é entalpia?

Entalpia, representada pelo símbolo H, é uma propriedade de um sistema termodinâmico. É definida como a soma da energia interna do sistema U e o produto de sua pressão P e volume V:

H = U + PV

Em termos simples, entalpia é uma medida da energia total de um sistema, que inclui sua energia interna e a energia necessária para criar espaço deslocando suas imediações.

Compreendendo as variações de entalpia

Quando uma reação química ocorre a pressão constante, a mudança na entalpia ΔH é igual ao calor absorvido ou liberado pelo processo. A expressão para a mudança na entalpia é dada como:

ΔH = H_final - H_initial

Se ΔH é positivo, a reação é endotérmica, ou seja, absorve calor. Por outro lado, se ΔH é negativo, a reação é exotérmica, ou seja, libera calor.

Entalpia em reações químicas

Por exemplo, durante a combustão de gás hidrogênio para formar vapor de água, a energia liberada pode ser vista como a mudança na entalpia:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O ΔH = -483.6 kJ/mol

Aqui a mudança de entalpia é negativa, o que indica uma reação exotérmica.

O que é capacidade térmica?

Capacidade térmica é uma medida da quantidade de energia térmica necessária para mudar a temperatura de uma substância em uma certa quantidade. Existem dois tipos de capacidade térmica a considerar: capacidade térmica específica (c) e capacidade térmica molar (C).

Capacidade térmica específica

Capacidade térmica específica é definida como a quantidade de calor necessária para mudar a temperatura de um grama de uma substância em um grau Celsius (ou Kelvin). É uma propriedade que pode mudar com a temperatura e o estado da substância.

A fórmula é representada como segue:

q = mcΔT

Onde:

  • q é o calor adicionado (ou removido),
  • m é a massa,
  • c é a capacidade térmica específica, e
  • ΔT é a mudança de temperatura.

Capacidade térmica molar

Capacidade térmica molar é a quantidade de calor necessária para mudar a temperatura de um mol de uma substância em um grau Celsius (ou Kelvin). É útil ao lidar com reações químicas em termos molares. Também pode depender da temperatura.

A fórmula para capacidade térmica molar C é:

q = nCΔT

Onde:

  • n é o número de mols, e
  • As outras variáveis têm seus significados habituais.

Exemplo visual

SVG ilustrando o conceito de entalpia

Energia no sistema Termo PV H = U + PV

SVG mostrando capacidade térmica específica

Capacidade térmica específica (C) q (calor) = mcΔT

Implicações práticas e exemplos

Compreender entalpia e capacidade térmica é muito importante em áreas que vão desde a química industrial até a ciência ambiental. Aqui, iremos discutir algumas aplicações práticas e fornecer exemplos para ilustrar sua importância.

Entalpia em reações químicas cotidianas

Considere cozinhar alimentos. Cozinhar envolve reações químicas onde o calor altera a entalpia das substâncias sendo cozinhadas. Por exemplo, quando você grelha um bife, ocorre a reação de Maillard, que é uma reação endotérmica, adicionando sabor e dourando o exterior do bife.

Capacidade térmica e padrões climáticos

Os vastos corpos d'água dos oceanos têm uma capacidade térmica específica muito alta. Esta propriedade desempenha um papel fundamental na regulação do clima da Terra. À medida que os oceanos absorvem calor, eles estabilizam as temperaturas, afetando a vida marinha e os padrões climáticos globais.

Por exemplo, considere o efeito da corrente do Golfo quente no clima das Ilhas Britânicas. Apesar de estarem bem ao norte, as Ilhas Britânicas têm invernos amenos devido ao calor específico da água da corrente do Golfo.

Exemplos matemáticos e resolução de problemas

Exemplo: Calculando a mudança de entalpia

Considere uma reação exotérmica simples onde gás hidrogênio queima com oxigênio:

2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O(l)

A mudança de entalpia padrão ΔH reaction pode ser calculada usando a entalpia padrão de formação conhecida:

ΔH reaction = [2 * ΔH f (H 2 O(l))] - [2 * ΔH f (H 2 (g)) + ΔH f (O 2 (g))]

Onde ΔH f (H 2 O(l)) = -285.8 kJ/mol, ΔH f (H 2 (g)) = 0 kJ/mol, e ΔH f (O 2 (g)) = 0 kJ/mol.

Exemplo: Calculando a mudança da capacidade térmica

Um problema envolvendo capacidade térmica pode perguntar: Quanto de energia é necessário para aquecer 500 g de água de 20 °C a 80 °C? Suponha que a capacidade térmica específica da água seja 4.18 J/g°C.

q = mcΔT

Inserindo os valores conhecidos:

q = (500 g)(4.18 J/g°C)(80°C - 20°C)

Simplificando, você obtém:

q = 500 g * 4.18 J/g°C * 60°C = 125,400 J

Assim, 125,400 J (ou 125.4 kJ) de energia são necessários para elevar a temperatura de 500 g de água de 20 °C a 80 °C.

Importância na química e na indústria

Em processos industriais, como a síntese de amônia ou produção de ácido sulfúrico, a medição precisa das mudanças de entalpia é crucial para projetar processos energeticamente eficientes. Essa eficiência afeta diretamente o custo, sustentabilidade e pegada ambiental.

Na pesquisa, estudar a capacidade térmica ajuda os químicos a obter informações importantes sobre a estrutura, ligação e mudanças de fase de uma substância. Por exemplo, mudanças na capacidade térmica específica perto do ponto de fusão podem revelar características únicas sobre interações moleculares.

Conclusão

Entalpia e capacidade térmica são conceitos fundamentais na termodinâmica, iluminando as maneiras como as substâncias armazenam e transferem energia. Compreender esses conceitos permite que químicos e cientistas de diversas áreas prevejam o comportamento dos sistemas, projetem processos químicos eficientes e apreciem as sutilezas dos fenômenos naturais.

Esta visão geral introduz os fundamentos de entalpia e capacidade térmica às suas aplicações de longo alcance, proporcionando uma compreensão abrangente desses tópicos importantes dentro da química física.


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