Apresente algumas situaçòes em que o equilibrio pode ser determinado usando a energia livre de Gibbs para calcular a condição de equilibrio. (pelo menos duas)
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Você precisa apresentar pelo menos duas situações em que o equilíbrio pode ser determinado usando a energia livre de Gibbs para calcular a condição de equilíbrio. Isso envolve entender o que é equilíbrio químico e como a energia livre de Gibbs nos ajuda a identificar quando um sistema está em equilíbrio. Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, principalmente relacionados à energia livre de Gibbs.
Passo 2
Situação 1: Reação Química em Condições de Temperatura e Pressão Constantes
Imagine que temos uma reação química ocorrendo em um recipiente fechado a temperatura e pressão constantes. Por exemplo, a síntese da amônia:
Para determinar se essa reação está em equilíbrio, usamos a energia livre de Gibbs. A condição de equilíbrio ocorre quando a variação da energia livre de Gibbs ($ \Delta G $) é igual a zero.
A equação para $ \Delta G $ em uma reação química é:
Onde:
- $ \Delta G^\circ $ é a variação padrão da energia livre de Gibbs
- $ R $ é a constante dos gases
- $ T $ é a temperatura absoluta
- $ Q $ é o quociente de reação
No equilíbrio, $ \Delta G = 0 $, então:
Dessa forma, podemos resolver para $ K $, a constante de equilíbrio:
Isso nos mostra que, conhecendo $ \Delta G^\circ $, podemos determinar a constante de equilíbrio, indicando que a reação está em equilíbrio.
Passo 3
Situação 2: Equilíbrio de Fases, como Vapor-Líquido
Outra situação comum é o equilíbrio entre diferentes fases de uma substância, por exemplo, o equilíbrio entre a fase líquida e a fase gasosa (vapor) da água em uma chaleira.
A energia livre de Gibbs ajuda a determinar a temperatura e a pressão em que as duas fases coexistem em equilíbrio. A condição de equilíbrio de fases é quando as energias livres de Gibbs das duas fases são iguais:
Isso implica que as propriedades químicas e termodinâmicas das duas fases são balanceadas.
Podemos usar a relação de Clapeyron para relacionar a variação de pressão com a variação de temperatura no equilíbrio de fases:
Onde:
- $ \Delta H $ é a entalpia de mudança de fase
- $ \Delta V $ é a variação de volume durante a mudança de fase
Usando essa relação, podemos traçar a curva de coexistência entre as fases e identificar as condições de equilíbrio.
Resposta
Portanto, duas situações onde o equilíbrio pode ser determinado usando a energia livre de Gibbs são:
- Reações químicas em condições de temperatura e pressão constantes, onde a igualdade $ \Delta G = 0 $ permite calcular a constante de equilíbrio $ K $.
- Equilíbrio de fases, como entre líquido e vapor, onde igualamos as energias livres de Gibbs das duas fases para determinar as condições de equilíbrio de temperatura e pressão.