31/03/2008

Cálculo Estequiométrico - Aula 2


Cálculo estequiométrico é o cálculo das quantidades das substâncias envolvidas numa reação química, ou seja, aplicar as leis das combinações químicas às reações observando as seguintes etapas:

1. Estequiometria 

Para trabalhos em laboratórios ou indústrias, é importante conhecer as quantidades dos reagentes que são necessários para produzir determinadas quantidades de produto.

Os cálculos estequiométricos, em princípio, são de dois tipos:

- dada uma determinada quantidade em massa ou volume de um reagente, calcular a quantidade de um componente do produto da reação química.
- calcular a quantidade de um dos reagentes necessária para produzir determinada quantidade de produtos através de uma dada reação química.

Podem-se considerar quatro tipos de problemas que envolvem cálculos estequiométricos:

- relação de massa com massa;
- relação de massa com volume;
- relação de volume com volume;
- relação de mol com átomos ou moléculas.

Para facilitar a resolução de problemas que envolvem a estequiometria deve-se seguir determinada técnica:

1º) Equaciona-se e ajusta-se a reação química.
2º) Sublinham-se, na equação química, as substâncias envolvidas nos dados e perguntas do problema.
3º) Abaixo das fórmulas, escrevem-se os dados estequiométricos correspondentes às unidades dos dados (mol, gramas, número de átomos ou moléculas, volume molar).
4º) Abaixo dos dados estequiométricos, escrevem-se os dados do problema, estabelecendo-se assim a regra de três.
5º) Resolve-se a regra de três.

2. Grau de Pureza 

Os materiais que participam de um processo químico geralmente não são puros. Por isso, em cálculo estequiométrico, muitas vezes é necessário descontar as impurezas, pois estas não participarão da reação química. Por exemplo, se trabalhamos com NaCl com 20 % de impurezas, teremos uma massa total, que corresponde ao sal mais as impurezas que poderiam ser outras substâncias.

Assim, por exemplo, em 60 gramas de cloreto de sódio, temos: 20 % de impurezas = 12 g 80 % de NaCl puro = 48 g Massa total = 60 g

2.1. Como se determina estas quantidades (pureza e impureza)? A massa total (60 g) corresponde a 100%, pois é toda a substância que possui. Estabelece-se, então, uma regra de três simples para determinar as outras percentagens.

3. Rendimento de uma reação 

O rendimento de uma reação química está relacionado com vários fatores, tais como:

- Aparelhagem utilizada;
- Deficiência do operador;
- Impureza das substâncias.

4. Excesso de reagente 

Muitas vezes o enunciado do problema fornece as quantidades de dois reagentes, neste caso, é necessário verificar se algum dos reagentes está em excesso. Exemplo: na reação de 100 g de NaOH com 73 g de HCl, uma vez completada a reação, existirá excesso de algum reagente?

 
Deve-se verificar se estes valores constituem uma proporção, isto é, se obedecem à lei de Proust. A maneira mais fácil de determinar se a lei de Proust é obedecida ou não é multiplicando os meios e os extremos. Se estes dois produtos são iguais, estes valores constituem uma proporção; se forem diferentes, o excesso estará com o reagente que pertencer ao maior produto.

 
Conclusão: existe excesso de NaOH. Este excesso será:

 
x = 80 g de NaOH (é a quantidade de NaOH que reage). Logo, o excesso será: 100 - 80 = 20 g.

30/03/2008

Cálculo Estequiométrico - Aula 1

O cálculo estequiométrico, apesar de temido por muitos estudantes, deixa de ser um problema se os seguintes passos forem seguidos:

1.° passo – Montar e balancear a equação química.
2.° passo – Escrever a proporção em mols (coeficientes da equação balanceada).
3.° passo – Adaptar a proporção em mols às unidades usadas no enunciado do exercício (massa, volume nas CNTP, n.° de moléculas etc).
4.° passo – Efetuar a regra de três com os dados do exercício.

Equações químicas 

As reações que os elementos têm entre si para formar um composto são representadas por equações químicas. Exemplo da reação do hidrogênio com o oxigênio para formar água:

2H2(g)+O2(g)--->2H2O(g) 

As substâncias no lado esquerdo são chamadas reagentes e, no lado direito, produtos. Os números antes dos símbolos (omitido se for 1) indicam a quantidade de moléculas. Os símbolos entre parênteses indicam o estado físico: (s) sólido, (l) líquido, (g) gasoso e (aq) solução aquosa (muitas substâncias só reagem em solução aquosa).

Lembrar que a equação química indica a possibilidade de uma reação. Isto significa que a reação nem sempre ocorrerá com o simples contato físico das substâncias. Algumas precisam de aquecimento, outras,de meio aquoso, outras,de ignição (é o caso do exemplo),etc.

Uma equação química deve ser balanceada, isto é, cada elemento deve ter o mesmo número de átomos em ambos os lados da equação. No exemplo dado, esta condição está satisfeita. O balanceamento significa a necessária igualdade de massas entre os dois lados da equação uma vez que não pode haver perda ou ganho de massa.

Massa atômica, massa molecular 

Em química, no lugar das unidades convencionais, a massa de um átomo é expressa em unidades de massa atômica (u) que equivale exatamente a 1/12 da massa do isótopo 12C (carbono 12). Na unidade comum, corresponde a 1,6605402 x 10-27 kg . Pelo fato de o carbono 12 possuir 6 prótons e 6 nêutrons, concluímos que a unidade de massa atômica é, aproximadamente, a massa de um próton ou de um nêutron.

(1 próton=1,0081u; 1 nêutron=1,0090u)

O átomo de 12C foi escolhido como átomo padrão na construção das escalas de massas atômicas. Sua massa atômica foi fixada em 12u.
Unidade de massa atômica (u) é a massa de 1/12 do átomo de 12C.
A massa atômica de um átomo é a massa desse átomo expressa em u. Indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa de 12C.
A massa atômica de um elemento é a massa média dos átomos desse elemento expressa em u. É igual à média ponderada das massas atômicas dos isótopos constituintes do elemento.

26/03/2008

Aula de Química - Petrobrás - Tabela Periódica

1. Introdução As fórmulas químicas são formas abreviadas de representar a composição química das substâncias através de símbolos químicos. Existem diversos tipos de fórmulas químicas: 2. Fórmula Mínima: É a fórmula que apresenta apenas a composição qualitativa e quantitativa de uma molécula. Exemplos: - A fórmula mínima da água oxigenada é HO. Esta fórmula expressa quais os elementos que participam de uma substância e em que proporção. - A fórmula mínima do etileno é CH2. Através desta fórmula podemos afirmar que o etileno é formado pelos elementos carbono e hidrogênio e que suas moléculas apresentam uma proporção de dois átomos de hidrogênio para um átomo de carbono. 3. Fórmula Molecular: É a fórmula que apresenta a composição qualitativa e quantitativa da molécula e sua extensão. Voltando ao exemplo da água oxigenada, que apresenta fórmula H2O2: esta é constituída de hidrogênio e oxigênio, a proporção dos elementos é de 1:1 e cada molécula é formada por dois átomos de hidrogênio e dois átomos de oxigênio. Temos, portanto, na fórmula molecular, além da composição qualitativa e quantitativa, o número de átomos de cada elemento que compõem a substância. De maneira semelhante, a molécula do gás etileno é formada por dois átomos de carbono e quatro de hidrogênio (C2H4). Temos, assim, além da composição qualitativa e quantitativa, o número de átomos de carbono e hidrogênio que formam a molécula. 4. Fórmula Estrutural: É a fórmula que apresenta a composição quantitativas, o número de átomos de cada elemento presente na molécula e a disposição dos átomos através de uma representação plana ou espacial de seus átomos e as ligações entre os mesmos. A fórmula estrutural mostra como os átomos estão ligados entre si.

25/03/2008

Princípios da Dinâmica - Petrobrás

Dinâmica é a parte da Mecânica que analisa os movimentos, fazendo as relações entre causas e efeitos. O estudo dos movimentos que relacionam as causas e os efeitos é a essência da Dinâmica. Conceitos primitivos como os de força e de energia serão associados aos movimentos, além dos conceitos já estudados na Cinemática. Portanto, daqui em diante, as razões pelas quais os móveis adquirem ou modificam suas velocidades passarão a ser estudadas e relacionadas com as respectivas consequências.

Força: Para se compreender o conceito de força, que é algo intuitivo, pode-se basear em dois tipos de efeitos, dos quais ela é causa:

• Deformação: efeito estático da força; o corpo sofre uma modificação em seu formato, sob a ação da força.
• Aceleração: efeito dinâmico da força, em que o corpo altera a sua velocidade vetorial, isto é, varia pelo menos umas das seguintes características da velocidade: direção, sentido e módulo, quando sujeito à ação da força.

Nesta parte da mecânica que passaremos a estudar tentaremos responder a uma pergunta, talvez das mais antigas feitas pelo homem: como se relacionam forças e movimento? Uma das respostas, dada por Aristóteles (século IV a.C.), pode ser sintetizada como se segue: é impossível a um corpo se deslocar na ausência de forças.

À primeira vista, essa parece resumir de forma simples um fato bem conhecido. Esse fato pode ser, por exemplo, puxar uma cadeira: enquanto você a puxa, ela anda; ao você parar de puxar, ela para. Entretanto, se nos prendermos a análises desse tipo, imediatistas e simplórias, seremos levados a acreditar que a conclusão de Aristóteles estava certa.

E essa conclusão perdurou por aproximadamente 2000 anos, pois apenas no fim do século XVI, com Galileu, e no século XVII, com Newton, é que caíram por terra os postulados aristotélicos do movimento.

A primeira Lei de Newton [princípio da inércia]

Quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula, esse corpo permanecerá em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Antes de passarmos à discussão das idéias contidas nesse primeiro princípio, vejamos o significado de suas palavras. A expressão "resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula" é, para nós, sinônimo de equilíbrio. Esse equilíbrio pode manifestar-se de duas formas. Entretanto, perceba que no enunciado da lei, Newton apresenta em primeira análise, dois fatos decorrentes da situação "resultante das forças nula" [R=0]:

• O corpo permanece em repouso. Não discutiremos essa ideia, por se tratar do resultado mais simples e intuitivo contido na Primeira Lei.
• O corpo permanece em movimento retilíneo uniforme.

Nessa segunda parte do enunciado, Newton contradiz Aristóteles na medida em que passa a admitir a possibilidade de movimento na "ausência de forças" [R=0] :

Isso, como vimos, era categoricamente negado por Aristóteles. Vejamos como podemos chegar a essa mesma conclusão, através da experiência a seguir: Se um ponto material estiver livre da ação de forças, sua velocidade vetorial permanece constante. Galileu, estudando uma esfera em repouso sobre um plano horizontal, observou que, empurrando-a com determinada força, ela se movimentava.

Cessando o empurrão [força], a esfera continuava a se mover até percorrer determinada distância. Verificou, portanto, que a esfera continuava em movimento sem a ação de uma força e que a esfera parava em virtude do atrito entre a esfera e o plano horizontal.

Polindo o plano horizontal, observou que o corpo se movimentava durante um percurso maior após cessar o empurrão. Se pudesse eliminar completamente o atrito, a esfera continuaria a se movimentar, por inércia, indefinidamente, sem retardamento, isto é, em movimento retilíneo e uniforme.

  A figura logo acima representa uma nave espacial livre de ações gravitacionais significativas do resto do universo. Com seus motores desligados, a força propulsora da nave é nula, porém ela mantém o seu movimento com velocidade constante, segundo o princípio da inércia.

Analisemos agora o caso de um bloco preso a um fio, que está atado a um pino fixo em uma mesa horizontal e perfeitamente lisa. Posto em movimento, esse bloco passará a se deslocar em movimento circular uniforme em torno do pino, como vemos na figura. Embora o valor da velocidade venha a permanecer constante, podemos perceber que a direção de v é alterada de ponto para ponto da trajetória, graças à ação do fio sobre o corpo, ou seja, o fio é responsável pela presença de uma força F , perpendicular à direção de v , é incapaz de alterar o valor da velocidade, mas altera a direção da velocidade v .

A partir dos exemplos do bloco, podemos perceber que, sempre que alterarmos o estado de movimento de um corpo, ou, em outras palavras, sempre que alterarmos a velocidade vetorial v de um corpo, é necessário que sobre o mesmo atue uma força F . Generalizando temos: Força F será toda ação capaz de alterar a velocidade vetorial v de um corpo.

Aula de Química - Cadeias Carbônicas - Petrobrás.

Cadeia carbônica é toda estrutura formada por átomos de carbono ligados entre si. Os elementos mais comuns nas cadeias carbônicas são:

Carbono: é tetravalente e efetua sempre quatro ligações, que são representadas por traços ao seu redor. Apesar de poder fazer até quatro ligações, com um mesmo átomo ele pode efetuar somente três.

Hidrogênio: é monovalente e efetua somente uma ligação, que é representada por um traço.

Oxigênio: é divalente e efetua duas ligações, que são representadas por dois traços. Pode se ligar a dois átomos ao mesmo tempo ou efetuar suas duas ligações com o mesmo átomo.

Nitrogênio: é trivalente e efetua três ligações, que são representadas por três traços. Pode se ligar a dois ou três átomos ao mesmo tempo, ou ainda, efetuar suas três ligações com o mesmo átomo.

As cadeias orgânicas podem ser representadas de maneira simplificada. Neste tipo representação, os traços das ligações com os átomos de hidrogênio são omitidas. Os átomos de carbono das cadeias podem ser classificados de acordo com o número de outros carbonos a que se encontrem ligados.

  • Carbono primário: ligado a somente um outro átomo de carbono. 
  • Carbono secundário: ligado a dois outros átomos de carbono. 
  • Carbono terciário: ligado a três outros átomos de carbono. 
  • Carbono quaternário: ligado a quatro outros átomos de carbono. 

Para este tipo de classificação não se considera se a ligação entre os carbonos é simples, dupla ou tripla, somente o número de carbonos a que se encontra ligado.

  • C carbono primário 
  • C carbono secundário 
  • C carbono terciário 
  • C carbono quaternário 

As cadeias orgânicas podem ser divididas em três grupos:

  • abertas, acíclicas ou alifáticas: a cadeia não se fecha em nenhum ponto 

H3C - CH2 - CH2 - CH3 

  • fechadas ou cíclicas: a cadeia se fecha, formando uma figura geométrica. 


  • mistas: presença de cadeia fechada e pelo menos um carbono fora do anel 


Estes tipos de cadeias podem ainda acumular outras classificações:

Cadeia saturada / insaturada 

Na cadeia saturada ocorrem somente ligações simples entre os átomos de carbono. Na cadeia insaturada ocorre dupla e/ou tripla ligação entre átomos de carbono. É bom lembrar que quando ocorre ligação dupla ou tripla entre carbono e outro elemento, esta não é considerada para classificar a cadeia como insaturada.

Cadeia normal / ramificada 

Na cadeia normal não ocorrem "ramos" ou "galhos", os carbonos são todos primários e secundários. A cadeia tem um só eixo. Na cadeia ramificada ocorrem os "ramos" ou "galhos", deve ocorrer pelo menos um carbono terciário ou quaternário.

A cadeia tem pelos menos dois eixos. Nas posições em que ocorrem carbonos terciário (C) ou quaternário (C) a cadeia tem dois eixos, o que a caracteriza como ramificada. A cadeia é não ramificada quando ela não possui carbono terciário ou quaternário e poderia ser escrita em um só eixo (linear).

Cadeia homogênea / heterogênea 

Na cadeia homogênea a sequência de carbonos ocorre sem interrupção de um átomo diferente. Na cadeia heterogênea existe um átomo diferente do de carbono que interrompe a seqüência de carbonos. Para funcionar como heteroátomo, este deve ser, no mínimo, divalente.

Átomo diferente do de carbono no final da seqüência de carbonos não é heteroátomo. Cadeia homogênea e cíclica é dita homocíclica. Cadeia heterogênea e cíclica é dita heterocíclica.

Presença ou não do benzeno 

A estrutura do benzeno (C6H6) é extremamente importante em química orgânica. É um ciclo de seis carbonos contendo três duplas ligações intercaladas. Pode aparecer de duas formas. O círculo no interior do hexágono indica que as duplas ligações encontram-se em constante movimentação.

A cadeia aromática possui o benzeno na sua estrutura. Quando a estrutura possui mais de um núcleo de benzeno, ela é chamada de polinuclear. Se dois átomos de carbono participam simultaneamente dos dois anéis, a estrutura é chamada de polinuclear condensada.

Quando não há nenhum átomo de carbono em comum entre os núcleos, a estrutura é chamada de polinuclear de núcleos isolados. A alicíclica é qualquer cadeia cíclica que não apresente o benzeno na sua estrutura.

24/03/2008

Número de Oxidação NOX - Petrobrás.

O NOX e o tipo de ligação 

Chamamos de número de oxidação ou nox a carga assumida por um átomo quando a ligação que o une a um outro é quebrada. Existem três casos a serem analisados com relação ao nox de um elemento: composto iônico, covalente e substância simples. Num composto iônico, ou nox é a própria carga do íon, pois quando a ligação se rompe, já ocorreu a transferência do elétron do átomo menos para o mais eletronegativo. Na formação do NaCl, o Na passa de 11 para 10 elétrons e o Cl passa de 17 para 18 elétrons. O Na fica com carência de 1 elétron e assume a carga 1+, o Cl fica com excesso de um elétrons e assume a carga 1-. Então, os nox do Na e do Cl, neste composto, serão respectivamente 1+ e 1-.

Num composto covalente assume-se que a mesma se quebra e que o par de elétrons fica com o átomo mais eletronegativo. Na molécula de HCl, o átomo mais eletronegativo é o Cl e o menos é o H. O Cl adiciona um elétron à sua eletrosfera, enquanto o H perde um. Então, os nox do Cl e do H serão, respectivamente, 1- e 1+.
Em uma substância simples, os nox de todos os átomos componentes é igual a zero, pois não é possível a existência de diferenças de eletronegatividade. Exemplos: S8, H2, O2, P4, Cgraf, Cdiam. 

Regras para a determinação do NOX

Metais alcalinos 1+ Metais alcalino-terrosos 2+ Oxigênio (menos nos peróxidos, em que é 1-) 2 - Hidrogênio (menos nos hidretos, em que é 1-) 1+ Alumínio (Al) 3+ Zinco (Zn) 2+ Prata (Ag) 1+ Substâncias simples 0 A soma dos números de oxidação num composto é igual a zero. A soma dos números de oxidação num íon composto é igual a carga do íon.  

Exemplos Compostos Binários 

O nox de um dos elementos deve ser conhecido para que o outro possa ser calculado. Na Cl O Na por ser metal alcalino, tem nox igual a 1+. Como a soma dos nox num composto é igual a zero, o Cl tem nox igual a 1-.

Compostos Ternários 

O nox de dois dos elementos deve ser conhecido para que o terceiro possa ser calculado. H2SO4 O H tem nox igual a 1+. O O tem nox igual a 2-. O nox do S, por ser variável, não consta de tabelas e deve ser calculado. 2 átomos de H somam uma carga total de 2+. 4 átomos de O somam uma carga total de 8- Para que a carga do composto como um todo seja igual a zero, a carga do S tem de ser igual a 6+. 
Íons 

A somatória das cargas deve ser igual a carga total do íon. (NH4)+ 
O nox do H é igual a 1+. Como os H são em número de 4, a carga total deles é igual a 4+. Para que a carga total seja igual a 1+, o nox do N tem de ser 3-. (SO4)2-. O nox do O é igual a 2-. Como são 4 átomos de O, sua carga total é igual a 8-. Para que a carga total do íon seja igual a 2-, o nox do S tem que ser igual a 6+.

23/03/2008

Reações Químicas - Petrobrás

As reações químicas são processos através dos quais substâncias são transformadas em outras através do rearranjo dos seus átomos. O estado inicial é representado pelos reagentes e o final pelos produtos. A representação gráfica de uma reação através das fórmulas das substâncias participantes é chamada de equação química. H2O + O2 => 2 H2O (faísca) O número escrito antes da fórmula de uma substância revela a quantidade de moléculas da mesma que participam da reação e é denominado coeficiente. Quando omitido, subentende-se que o mesmo é 1. O número subscrito do lado direito do elemento revela a quantidade de átomos do mesmo na fórmula da substância e é denominado índice. Quando omitido, também subentende-se que o mesmo é 1. São os coeficientes que permitem o balanceamento e a conservação dos átomos na equação química. Nos dois lados da reação as quantidades de cada tipo de átomo devem ser iguais. 2 H2 + O2 => 2 H2O 04 átomos de H 04 átomos de H 02 átomos de O 02 átomos de O Tipos de reações químicas Reações de Síntese: duas ou mais substância originam somente uma como produto. A + B => AB H2 + S => H2S C + O2 => CO2 Reações de análise ou decomposição: formam-se duas ou mais substâncias a partir de uma outra única. AB => A + B NaCl => Na + ½ Cl2 CaCO3 => CaO + CO2 Reações de deslocamento ou simples troca: substância simples desloca um elemento de uma substância composta, originando outra substância simples e outra composta. AB + C => CB + A Quando a substância simples (C) é um metal, ela deverá ser mais reativa (eletropositiva) que A, para poder deslocá-lo. Para isso, devemos nos basear na fila de reatividade ou eletropositividade. <<<=== reatividade ou eletropositividade aumenta ===<<< Cs Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Be Al Mn Zn C r Fe Co Ni Sn Pb H Sb As Bi Cu Ag Hg Pt Au Um metal que vem antes na fila desloca um que vem depois. 2 Na + FeCl2 => 2 NaCl + Fe A reação ocorre pois o Na é mais reativo que o Fe. Quando a substância simples é um não metal, a reação ocorre se o não metal (C) for mais reativo (eletronegativo) que o não metal B. Para isso, devemos nos basear na fila de reatividade ou eletronegatividade. <<<=== reatividade ou eletronegatividade aumenta ===<<< F O N Cl Br I S C P Não metal que vem antes na fila é mais reativo (eletronegativo) e desloca um que vem depois. H2S + Cl2 => 2 HCl + S Reações de substituição ou dupla troca: duas substância compostas são formadas a partir de outras duas. Substituem-se mutuamente cátions e ânions. AB + CD => AD + CB As reações de neutralização são exemplos característicos de rações de dupla troca. HCl + KOH => KCl + H2O Para a ocorrência das reações de dupla troca, deve ocorrer uma das condições. - forma-se pelo menos um produto insolúvel - forma-se pelo menos um produto menos ionizado (mais fraco) - forma-se pelo menos um produto menos volátil.

Termoquímica - Calor de Reação - Petrobrás

Termoquímica é a parte da Química que trata das trocas de calor que acompanham as reações. As reações químicas podem ser: Exotérmicas: quando a reação ocorre com liberação de calor (de exo: para fora). calor sai reação química exotérmica Endotérmicas: quando a reação ocorre com absorção de calor (de endo: para dentro). calor entra reação química endotérmica Toda substância possui uma quantidade de energia armazenada nas suas ligações. Quando a energia contida nos reagentes é maior que a contida nos produtos, temos uma reação exotérmica pois ocorre liberação de energia. Quando a energia contida nos reagentes é menor que a contida nos produtos, temos uma reação endotérmica pois ocorre absorção de energia. Essa energia contida nas substâncias recebe o nome de entalpia (H). A variação de entalpia para uma dada reação química é dada por ΔH = HP - HR onde HP é a soma das entalpias dos produtos, HR é a soma das entalpias dos reagentes. Quando a reação se realiza a pressão constante o ΔH é chamado de calor de reação. Em Termoquímica é usual se expressar as variações de energia nas reações através de quilocalorias (Kcal). A quilocaloria é mil vezes o valor de uma caloria. Uma caloria corresponde a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5ºC para 15,5ºC a temperatura de 1g de água. Outra unidade usual em Termoquímica é o Joule (J). Uma caloria equivale a 4,18 J.

20/03/2008

Hidrostática - Petrobrás

Hidrostática é o ramo da Física que estuda as propriedades relacionadas aos líquidos em equilíbrio estático; tais propriedades podem ser estendidas aos fluidos de um modo geral. Supõe-se, nos estudos deste capítulo, que o líquido seja incompressível, com volume definido, sem viscosidade e não aderente à superfície do recipiente que o contenha. • Fluido: Denominamos fluidos os corpos que não têm forma própria. Quando encerrados num recipiente, os fluidos adquirem a forma do recipiente. Os líquidos e os gases são considerados fluidos. • Os líquidos têm volume praticamente invariável. Quando se transfere água de um recipiente para outro, seu volume permanece o mesmo. • Os gases têm volume variável, ocupando totalmente o recipiente que o contém. • Densidade: Se tivermos um corpo de massa m e volume v, definimos sua densidade através da relação: d=m/v A unidade de densidade no Sistema Internacional de unidades é o kg/m 3 . No entanto, usualmente são utilizados o g/cm 3 e o kg/l , que são unidades equivalentes. Por exemplo, a densidade da água vale: d = 1 000 kg/m 3 = 1 kg/l = 1 g/cm 3 . Se o corpo for homogêneo, pode-se usar o termo massa específica ou densidade absoluta como sinônimo de densidade. Tabela 1 Densidade de alguns materiais materiais densidade (kg/ 3 ) ar (20ºC e 1 atm) 1,2 gelo 0,92 . 10 3 água 1,0 . 10 3 alumínio 2,7 . 10 3 ferro 7,6 . 10 3 mercúrio 13,6 . 10 3 ouro 19,3 . 10 3 platina 21,4 . 10 3 ATENÇÃO: Visto que a densidade absoluta d de um corpo de massa m depende do volume v, devemos lembrar que alterações de temperatura provocam variações no volume, modificando dessa forma a densidade. O volume dos sólidos e dos líquidos pode ser alterado de forma sensível devido a variações de temperatura, o que ocasiona mudanças em sua densidade. No caso de gases, seu volume fica sujeito às variações de temperatura e pressão existentes; portanto, sempre que nos referimos à densidade de um gás, deveremos citar quais as condições de pressão e temperatura que nos levaram ao valor obtido. • Densidade Relativa: Dadas duas substâncias A e B, de densidades absolutas d A e d B , respectivamente, definimos densidade da substância A em relação à substância B (d A,B ) através da relação: d=m/v Observe que o resultado final não pode apresentar unidades, ou seja, a grandeza densidade relativa é adimensional e constitui uma forma de compararmos a densidade de duas substâncias distintas.

07/03/2008

Termodinâmica - Aula 10

Ciclo de Carnot Dize-se que um gás executa um ciclo termodinâmico quando ele é submetido a sucessões repetitivas de transformações termodinâmicas. Na prática, os ciclos termodinâmicos são usados para produzir trabalho (motores, turbinas), aquecimento ou refrigeração. Observar que não é necessário que a mesma massa de gás execute cada ciclo. A característica básica é a repetição dos estados termodinâmicos. Exemplo: num equipamento de refrigeração (circuito fechado), a mesma massa de gás retorna para o início de cada ciclo, mas em um motor de combustão interna ela é renovada a cada ciclo. Ciclo de Carnot - Analogia prática Seja uma máquina térmica primitiva e pouco prática: um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior. Nessas condições, o gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro. Supõe-se ainda que há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro: • um disco fonte quente com temperatura TQ. • um disco fonte fria com temperatura TF. • um disco isolante térmico perfeito. Inicialmente o gás tem um volume específico v1. Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente. Ao atingir o volume específico v2 de , retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante. Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v3. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica. O gás atinge o volume específico v4, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v1, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho. Uma máquina que opera nessas condições usa ciclo de Carnot, que é considerado o ciclo básico da Termodinâmica por ser o mais eficiente. É também é perfeitamente reversível, isto é, se trabalho for fornecido, ele funciona como bomba de calor ou refrigerador. Mais detalhes são vistos nos próximos tópicos. Notar, entretanto, que o ciclo de Carnot é uma operação ideal, não pode ser usado em máquinas práticas. Um processo real, para ser próximo do isotérmico, precisaria ser tão lento que o seu uso seria inviável.

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