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?

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 \Delta S_{\text{universo}} \ge 0,com igualdade para processos reversíveis.
  • Para processos à temperatura T e pressão P constantes (condição comum em química e muitas aplicações), a condição de espontaneidade é dada pela variação da energia livre de Gibbs: \Delta G = \Delta H - T\,\Delta S.Neste critério: se \Delta G<0 o processo é espontâneo; se \Delta G>0 não é espontâneo; se \Delta G=0 está em equilíbrio.
  • Aqui:
    • \Delta G é a variação da energia livre de Gibbs,
    • \Delta H é a variação de entalpia do sistema (calor trocado a P constante, com sinal),
    • \Delta S é a variação de entropia do sistema,
    • T 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 \Delta H<0 ?”
  • Pelo critério de Gibbs, a espontaneidade depende de \Delta G=\Delta H-T\Delta S, não só de \Delta H.
  • É perfeitamente possível ter \Delta H>0 (endotérmico) e ainda assim \Delta G<0 se o termo entropia for suficientemente positivo, ou seja, se T\Delta S>\Delta H.
  • Exemplo físico fácil de visualizar: fusão do gelo a uma temperatura acima de 0^\circC. A fusão absorve calor ( \Delta H>0) mas aumenta muito a entropia do sistema ( \Delta S>0); a T ambiente o produto T\Delta S pode superar \Delta H, permitindo \Delta G<0 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, \Delta S_{\text{universo}}\ge 0.
  • “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 G = H - T S,onde G é Gibbs, H é entalpia, T é temperatura absoluta e S é entropia.
  • Portanto, algebraicamente, G é obtida a partir de H e S (e também depende de T). Logo, em sentido literal, G é uma função de H e S (com T como parâmetro).
  • Observação técnica útil para a prova: em termodinâmica a expressão mais prática é que os “variáveis naturais” de G são T e P, ou seja, acostuma-se a tratar G=G(T,P). Mas isso não contradiz que G é definido por H e S através da relação acima.
  • Conclusão sobre (c): a afirmação é verdadeira, com a ressalva prática de que G também depende de T e, em tratamento formal, se usa G(T,P) como potencial termodinâmico natural.

Passo 6

Resumo prático (modo “receita de prova”):
  • Para julgar se uma reação é espontânea em condições T,P constantes, calcule \Delta G=\Delta H-T\Delta S. Se \Delta G<0, é espontânea — ponto.
  • Não confunda espontaneidade com exotermicidade; muitas reações espontâneas são endotérmicas porque ganham em entropia.
  • A segunda lei garante \Delta S_{\text{universo}}\ge 0, mas não que a entropia do universo esteja “sempre subindo” no sentido de crescimento contínuo sem exceção (pode ficar constante).
  • Memoriza: G=H-TS — isso resolve muitas questões rápidas.

Resposta

a) Falsa
b) Falsa (imprecisa; o correto é \Delta S_{\text{universo}}\ge 0)
c) Verdadeira

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