3.22 Em algumas reações químicas, \Delta U \approx \Delta H. Dê uma característica dos reagentes e produtos e uma característica das vizinhanças que conduzem a esta situação.

Passo 1

O enunciado pergunta por que em certas reações químicas vale aproximadamente
\Delta U \approx \Delta H
Aqui o conteúdo é termodinâmica: a entalpia H se relaciona com a energia interna U pelo termo de pressão–volume.

Passo 2

Lembramos da definição de entalpia:
H = U + PV
e, portanto, para uma transformação qualquer,
\Delta H = \Delta U + \Delta(PV).
Se as espécies gasosas se comportam como gás ideal, valem
PV = nRT \quad\Longrightarrow\quad \Delta(PV)=R\,T\,\Delta n,
onde \Delta n é a variação no número de mols de gás.

Passo 3

Da expressão
\Delta H = \Delta U + \Delta(PV)
vemos que para ter \Delta H \approx \Delta U é preciso que
\Delta(PV)\approx 0.
Em outras palavras, o trabalho P\,\Delta V ou a variação \Delta n devem ser desprezíveis em relação à energia envolvida.

Passo 4

Uma característica dos reagentes e produtos que garante \Delta(PV)\approx0 é que não haja mudança líquida no número de mols gasosos (isto é, \Delta n\approx0) ou que todos os participantes estejam em fase condensada (sólidos/líquidos), de modo que \Delta V seja muito pequeno.

Passo 5

Uma característica da vizinhança (do meio em que a reação ocorre) é que ela esteja a pressão praticamente constante e com pouca compressibilidade (por exemplo, reações em meio líquido ou sólido), de modo que o termo de expansão/compressão P\,\Delta V seja desprezível.

Resposta

Reagentes e produtos em fase condensada (ou reação sem variação de mols de gás, \Delta n\simeq0), de modo que \Delta V seja muito pequeno.
Vizinhanças a pressão constante com baixa compressibilidade (p.ex., meio líquido), para que P\,\Delta V seja desprezível.

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