Analise a equação de energia livre de Gibbs e discuta em que situações a temperatura pode impedir a viabilidade de uma reação.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão pede. A gente precisa analisar a equação da energia livre de Gibbs e discutir em quais situações a temperatura pode impedir que uma reação química seja viável. Para isso, vamos precisar entender os conceitos de energia livre de Gibbs, entalpia ($ \Delta H
\Delta S
T $) interfere nessa equação.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar qual é a equação da energia livre de Gibbs. Ela é dada por:
Aqui:
- $ \Delta G $ é a variação da energia livre de Gibbs.
- $ \Delta H $ é a variação de entalpia, que representa a troca de calor na reação.
- $ \Delta S $ é a variação de entropia, que indica a desordem ou a dispersão de energia.
- $ T $ é a temperatura absoluta em Kelvin.
Passo 3
A energia livre de Gibbs ($ \Delta G $) nos diz se uma reação é espontânea ou não:
- Se $ \Delta G < 0 $: Reação é espontânea.
- Se $ \Delta G > 0 $: Reação não é espontânea.
- Se $ \Delta G = 0 $: Sistema está em equilíbrio.
Então, para que uma reação seja viável (espontânea), queremos que $ \Delta G $ seja negativo.
Passo 4
Vamos analisar como a temperatura ($ T $) influencia na equação. Note que $ T $ está multiplicando $ \Delta S $:
Dependendo do sinal de $ \Delta H $ e $ \Delta S $, a temperatura pode afetar o valor de $ \Delta G $ de diferentes maneiras.
Passo 5
Existem quatro casos principais dependendo dos sinais de $ \Delta H $ e $ \Delta S $:
- $ \Delta H < 0 $ e $ \Delta S > 0 $: A reação é sempre espontânea, independente da temperatura.
- $ \Delta H > 0 $ e $ \Delta S < 0 $: A reação nunca é espontânea.
- $ \Delta H < 0 $ e $ \Delta S < 0 $: A reação é espontânea em baixas temperaturas.
- $ \Delta H > 0 $ e $ \Delta S > 0 $: A reação é espontânea em altas temperaturas.
Passo 6
Vamos focar nos casos onde a temperatura pode impedir a viabilidade:
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Caso 3 ($ \Delta H < 0 $ e $ \Delta S < 0 $): Aqui, $ \Delta H $ negativo favorece a espontaneidade, mas $ \Delta S $ negativo desfavorece. Então, em altas temperaturas, o termo $ T\Delta S $ pode superar o $ \Delta H $, tornando $ \Delta G $ positivo. Isso faz com que a reação não seja viável em temperaturas mais altas.
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Caso 4 ($ \Delta H > 0 $ e $ \Delta S > 0 $): Neste caso, $ \Delta H $ positivo desfavorece a espontaneidade, mas $ \Delta S $ positivo favorece. Em temperaturas baixas, o termo $ T\Delta S $ é menor, e $ \Delta G $ pode ser positivo. Assim, a reação não é viável em temperaturas mais baixas.
Resposta
Então, a temperatura pode impedir a viabilidade de uma reação quando ela afeta o equilíbrio entre a entalpia e a entropia na equação de Gibbs. Em reações onde a entropia diminui ($ \Delta S < 0
\Delta H < 0 $), temperaturas altas podem tornar $ \Delta G $ positivo, tornando a reação não espontânea. Da mesma forma, para reações com $ \Delta H > 0 $ e $ \Delta S > 0 $, temperaturas baixas podem impedir a espontaneidade. Portanto, a temperatura é crucial para determinar se uma reação será viável ou não, dependendo dos valores de $ \Delta H $ e $ \Delta S $.