Uma afirmação da segunda lei da termodinâmica é que:
a) as reações espontâneas são sempre exotérmicas?
b) a entropia do universo está aumentando continuamente?
c) a energia livre de Gibbs é uma função da entalpia e da entropia?
a) as reações espontâneas são sempre exotérmicas?
b) a entropia do universo está aumentando continuamente?
c) a energia livre de Gibbs é uma função da entalpia e da entropia?
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e o que cada item afirma.
- O enunciado pede avaliar três afirmações relacionadas à segunda lei da termodinâmica e dizer se cada uma é correta ou não.
- As afirmações são:
a) “as reações espontâneas são sempre exotérmicas?”
b) “a entropia do universo está aumentando continuamente?”
c) “a energia livre de Gibbs é uma função da entalpia e da entropia?”
Passo 2
Vamos lembrar conceitos fundamentais (minha meta aqui é te dar a ferramenta para resolver qualquer questão parecida na prova).
- A segunda lei, em uma forma útil, diz que para um processo espontâneo em um sistema isolado a entropia total do sistema isolado não diminui; ou seja, para o universo (assumido isolado) vale
com igualdade para processos reversíveis. - Para processos à temperatura
e pressão constantes (condição comum em química e muitas aplicações), a condição de espontaneidade é dada pela variação da energia livre de Gibbs: Neste critério: se o processo é espontâneo; se não é espontâneo; se está em equilíbrio. - Aqui:
-
é a variação da energia livre de Gibbs, -
é a variação de entalpia do sistema (calor trocado a constante, com sinal), -
é a variação de entropia do sistema, -
é a temperatura absoluta (em Kelvin).
-
Passo 3
Analisando a afirmação (a): “as reações espontâneas são sempre exotérmicas?”
- Traduzindo para termos técnicos: “toda reação espontânea tem
?” - Pelo critério de Gibbs, a espontaneidade depende de
, não só de . - É perfeitamente possível ter
(endotérmico) e ainda assim se o termo entropia for suficientemente positivo, ou seja, se . - Exemplo físico fácil de visualizar: fusão do gelo a uma temperatura acima de
C. A fusão absorve calor ( ) mas aumenta muito a entropia do sistema ( ); a ambiente o produto pode superar , permitindo e fusão espontânea. - Conclusão sobre (a): a afirmação é falsa.
Passo 4
Analisando a afirmação (b): “a entropia do universo está aumentando continuamente?”
- A segunda lei diz que a entropia do universo não diminui: para qualquer processo real isolado,
- “Aumentando continuamente” é uma frase ambígua e muito forte. Existem situações em que a entropia do universo aumenta (processos irreversíveis), mas também há circunstâncias em que a entropia do universo permanece constante (processos reversíveis ou quando não há mudança macroscópica).
- Além disso, dizer “continuamente” como se fosse uma taxa sempre positiva para todo instante não é algo que a segunda lei garanta formalmente: ela garante não-decréscimo entre estados, não que exista um crescimento monotônico ininterrupto em cada instante da história do universo observado.
- Também: o “universo” prático que consideramos em muitos problemas é tratado como isolado, mas na realidade localmente existem trocas (por exemplo a Terra recebe radiação do Sol) — então afirmar de modo absoluto que “a entropia do universo está aumentando continuamente” é impreciso.
- Conclusão sobre (b): a afirmação, tal como escrita, é incorreta/enganosa — a forma correta é que a entropia do universo não diminui; ela aumenta para processos irreversíveis e permanece constante para processos reversíveis.
Passo 5
Analisando a afirmação (c): “a energia livre de Gibbs é uma função da entalpia e da entropia?”
- Definição direta: a energia livre de Gibbs é dada por
onde é Gibbs, é entalpia, é temperatura absoluta e é entropia. - Portanto, algebraicamente,
é obtida a partir de e (e também depende de ). Logo, em sentido literal, é uma função de e (com como parâmetro). - Observação técnica útil para a prova: em termodinâmica a expressão mais prática é que os “variáveis naturais” de
são e , ou seja, acostuma-se a tratar . Mas isso não contradiz que é definido por e através da relação acima. - Conclusão sobre (c): a afirmação é verdadeira, com a ressalva prática de que
também depende de e, em tratamento formal, se usa como potencial termodinâmico natural.
Passo 6
Resumo prático (modo “receita de prova”):
- Para julgar se uma reação é espontânea em condições
constantes, calcule . Se , é espontânea — ponto. - Não confunda espontaneidade com exotermicidade; muitas reações espontâneas são endotérmicas porque ganham em entropia.
- A segunda lei garante
, mas não que a entropia do universo esteja “sempre subindo” no sentido de crescimento contínuo sem exceção (pode ficar constante). - Memoriza:
— isso resolve muitas questões rápidas.
Resposta
a) Falsa
b) Falsa (imprecisa; o correto é )
c) Verdadeira
b) Falsa (imprecisa; o correto é
c) Verdadeira