14 g de N2 passa do estado 1(T1=298 K, P1=1 atm e V1 ) para o estado 2(T2, P2 e V2=2 V1 ) através dos processos descritos abaixo:
a) Expansão isotérmica reversível
Calcule o De do sistema, da vizinhança e do universo. Conclua usando esses resultados sobre a espontaneidade ou não dos processos.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos 14 g de N2 que estão passando de um estado inicial com temperatura T1=298, K, pressão P1=1, atm e volume V1 para um estado final onde o volume dobra, ou seja, V2=2, V1. Esse processo é uma expansão isotérmica reversível, então a temperatura permanece constante. Vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente sobre entropia, para calcular as variações de entropia do sistema, da vizinhança e do universo.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de mols de N2. Sabendo que a massa molar do N2 é aproximadamente 28, g/mol:
n = 14, g28, g/mol = 0,5, mol

Passo 3

Agora, vamos calcular a variação de entropia do sistema ( De). Para uma expansão isotérmica reversível, a fórmula é:
De
Sabemos que V2 = 2 V1, então:
De

Passo 4

Para a variação de entropia da vizinhança ( Deç), considerando que o processo é reversível e isotérmico, a quantidade de calor trocada com a vizinhança é igual ao trabalho realizado pelo sistema. A variação de entropia da vizinhança será o negativo da variação do sistema:
Deç

Passo 5

Finalmente, a variação de entropia do universo ( De) é a soma das variações do sistema e da vizinhança:
Deç

Resposta

A variação de entropia do sistema é 2,88, J/K, da vizinhança é -2,88, J/K e do universo é 0, J/K. Como a entropia do universo não muda, o processo é reversível e está em equilíbrio, não ocorrendo espontaneidade.

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