Curso de Entropia e Equilíbrio

Aula 1 • Processos Reversíveis e Irreversíveis

Diferencia processos reversíveis de irreversíveis usando exemplos idealizados. Prepara os alunos para a análise de entropia em capítulos posteriores.

Aula 2 • Formas de Energia e a Primeira Lei

Aborda energia interna, calor e trabalho como modos de transferência de energia. Aplica a primeira lei para calcular variações de energia em sistemas fechados.

Aula 3 • Variáveis de Estado e Propriedades

Apresenta propriedades intensivas e extensivas e funções de estado. Conecta definições de propriedades a grandezas físicas mensuráveis.

Aula 4 • Sistemas, Fronteiras e Vizinhança

Define sistemas abertos, fechados e isolados e suas fronteiras. Estabelece o vocabulário necessário para toda a análise termodinâmica subsequente.

Aula 1 • Terceira Lei e Entropia Absoluta

Enuncia a terceira lei e define a entropia absoluta referenciada ao zero kelvin. Permite o uso de tabelas de entropia molar padrão em cálculos de reações.

Aula 2 • A Segunda Lei da Termodinâmica

Apresenta a segunda lei através dos enunciados de Kelvin-Planck e Clausius. Estabelece a entropia como a grandeza central que governa a direção dos processos.

Aula 3 • Entropia das Transições de Fase

Calcula variações de entropia para fusão, vaporização e sublimação. Apresenta a regra de Trouton como uma ferramenta prática de estimativa.

Aula 4 • Entropia como Função de Estado

Deriva a entropia a partir da desigualdade de Clausius e prova seu caráter de função de estado. Conecta a definição matemática à intuição física.

Aula 1 • Entropia Configuracional e Térmica

Separa as contribuições da entropia da desordem posicional e do movimento térmico. Aplica a distinção a sólidos, líquidos e gases.

Aula 2 • Entropia de Mistura

Calcula a entropia de mistura para gases ideais e soluções ideais. Explica por que a mistura espontânea ocorre sem entrada de energia.

Aula 3 • Microestados e Macroestados

Define microestados e macroestados e sua relação com a probabilidade termodinâmica. Fundamenta a mecânica estatística no comportamento termodinâmico observável.

Aula 4 • Teoria da Informação e Entropia

Apresenta a entropia de Shannon e sua analogia formal com a entropia termodinâmica. Amplia o conjunto de ferramentas conceituais dos alunos para interpretar a desordem.

Aula 1 • Combinando Entropia e Entalpia

Apresenta os critérios de Gibbs e Helmholtz combinando resultados da primeira e segunda leis. Estabelece o conceito de força motriz termodinâmica.

Aula 2 • Relações de Maxwell e Identidades Termodinâmicas

Deriva as relações de Maxwell a partir dos quatro potenciais termodinâmicos. Usa-as para relacionar grandezas não mensuráveis a grandezas mensuráveis.

Aula 3 • Energia Livre de Helmholtz

Define A = U - TS e identifica seu papel em processos a volume constante. Contrasta as funções de Helmholtz e Gibbs para diferentes restrições.

Aula 4 • Energia Livre de Gibbs em Profundidade

Deriva G = H - TS e explora sua dependência da temperatura e pressão. Conecta G ao trabalho máximo de não expansão.

Aula 1 • Expressões da Constante de Equilíbrio

Deriva K a partir da energia de Gibbs padrão e escreve expressões para gases e soluções. Diferencia Kp, Kc e Ka para diferentes tipos de sistema.

Aula 2 • Dependência de K com a Temperatura

Aplica a equação de van't Hoff para prever K em diferentes temperaturas. Conecta a entalpia de reação à direção da variação de K.

Aula 3 • Potencial Químico e Atividade

Define o potencial químico como a energia de Gibbs molar parcial e introduz a atividade. Relaciona o potencial químico à composição para sistemas ideais e não ideais.

Aula 4 • Energia de Gibbs de Reação e Equilíbrio

Deriva a energia de Gibbs de reação e a condição de equilíbrio. Conecta o mínimo em G à composição de equilíbrio.

Aula 1 • Diagramas de Fase Binários

Apresenta diagramas de fase líquido-vapor e sólido-líquido para sistemas de dois componentes. Aplica a regra da alavanca para determinar composições e quantidades de fase.

Aula 2 • Equação de Clausius-Clapeyron

Deriva e aplica a equação de Clausius-Clapeyron a curvas de pressão de vapor. Calcula a entalpia de vaporização a partir de dados de pressão de vapor.

Aula 3 • Regra das Fases de Gibbs

Deriva F = C - P + 2 e a aplica a sistemas de um e múltiplos componentes. Permite a determinação dos graus de liberdade em qualquer sistema de fases.

Aula 4 • Condições para o Equilíbrio de Fase

Deriva a igualdade do potencial químico entre as fases como o critério de equilíbrio. Conecta a estabilidade de fase ao princípio da energia de Gibbs mínima.

Aula 1 • Potencial Químico em Soluções

Expressa o potencial químico do solvente e do soluto em termos de atividade. Conecta a composição da solução às forças motrizes termodinâmicas.

Aula 2 • Propriedades Coligativas

Deriva a elevação do ponto de ebulição, a depressão do ponto de congelamento e a pressão osmótica. Aplica equações de propriedades coligativas para determinar massas molares.

Aula 3 • Soluções Ideais e Não Ideais

Define as leis de Raoult e Henry e suas faixas de validade. Diferencia o comportamento de solução ideal do não ideal usando coeficientes de atividade.

Aula 4 • Equilíbrios de Solubilidade e Partição

Aplica a igualdade do potencial químico a equilíbrios sólido-líquido e líquido-líquido. Prevê tendências de solubilidade e coeficientes de partição a partir de dados termodinâmicos.

Aula 1 • Estruturas Dissipativas e Sistemas Longe do Equilíbrio

Apresenta as estruturas dissipativas de Prigogine e a auto-organização longe do equilíbrio. Conecta a produção de entropia à formação de padrões em sistemas abertos.

Aula 2 • Reações Acopladas e Equilíbrios Bioquímicos

Analisa reações termodinamicamente desfavoráveis impulsionadas pelo acoplamento a reações favoráveis. Aplica o acoplamento de energia livre a processos metabólicos e industriais.

Aula 3 • Equilíbrios Eletroquímicos

Conecta o potencial de célula à energia de Gibbs e deriva a equação de Nernst. Calcula constantes de equilíbrio a partir de potenciais de eletrodo padrão.

Aula 4 • Relações de Onsager e Termodinâmica Linear Irreversível

Apresenta as relações recíprocas de Onsager para fluxos irreversíveis acoplados. Aplica a termodinâmica linear irreversível à difusão, fluxo de calor e efeitos termoelétricos.

Aula 5 • Equilíbrios Simultâneos

Resolve sistemas com múltiplos equilíbrios acoplados usando métodos algébricos e numéricos. Aplica-se a equilíbrios ácido-base, de complexação e de precipitação.