- Assinale a alternativa que está incorreta no que concerne à entropia:
a) a entropia de gases é geralmente maior que a dos líquidos e a entropia de líquidos é geralmente maior que a dos sólidos;
b) a entropia normalmente aumenta quando um líquido puro ou sólido dissolve em um solvente;
c) a entropia aumenta quando um gás dissolvido escapa de uma solução;
d) a entropia do universo está aumentando continuamente;
e) a entropia de um processo complexo é a soma das entalpias simples desse processo.
a) a entropia de gases é geralmente maior que a dos líquidos e a entropia de líquidos é geralmente maior que a dos sólidos;
b) a entropia normalmente aumenta quando um líquido puro ou sólido dissolve em um solvente;
c) a entropia aumenta quando um gás dissolvido escapa de uma solução;
d) a entropia do universo está aumentando continuamente;
e) a entropia de um processo complexo é a soma das entalpias simples desse processo.
Passo 1
O enunciado pede: identificar a alternativa incorreta entre as cinco afirmações sobre entropia (a, b, c, d, e). Vou listar as cinco afirmações exatamente como estão no enunciado:
a) a entropia de gases é geralmente maior que a dos líquidos e a entropia de líquidos é geralmente maior que a dos sólidos;
b) a entropia normalmente aumenta quando um líquido puro ou sólido dissolve em um solvente;
c) a entropia aumenta quando um gás dissolvido escapa de uma solução;
d) a entropia do universo está aumentando continuamente;
e) a entropia de um processo complexo é a soma das entalpias simples desse processo.
a) a entropia de gases é geralmente maior que a dos líquidos e a entropia de líquidos é geralmente maior que a dos sólidos;
b) a entropia normalmente aumenta quando um líquido puro ou sólido dissolve em um solvente;
c) a entropia aumenta quando um gás dissolvido escapa de uma solução;
d) a entropia do universo está aumentando continuamente;
e) a entropia de um processo complexo é a soma das entalpias simples desse processo.
Passo 2
Primeiro, uma mini-aula sobre o que é entropia e algumas propriedades essenciais (sem pular etapas).
- Definição prática: entropia é uma medida do número de maneiras (microestados) que os constituintes de um sistema podem se organizar mantendo as mesmas condições macroscópicas — pense em “grau de desordem” ou “grau de liberdade”.
- Definição termodinâmica diferencial: para uma transformação reversível, a variação infinitesimal de entropia é
onde
é o calor trocado reversivelmente e
é a temperatura absoluta. Expliquei cada símbolo:
é variação infinitesimal de entropia,
é calor reversível (não um diferencial exato),
é temperatura em kelvin.
- Entropia é uma função de estado: para qualquer processo que leve o sistema do estado A ao estado B, a variação
depende só dos estados A e B, não do caminho. Consequência útil: se você decompor um processo complexo em etapas, a variação total de entropia do sistema é a soma das variações de entropia de cada etapa:
- Segunda lei (forma prática): para qualquer processo espontâneo,
Isto significa que a entropia do universo não diminui em processos espontâneos; normalmente dizemos que a entropia do universo aumenta para processos espontâneos. Mas é importante entender que sistemas locais podem ter queda de entropia desde que a entropia total universo aumente.
Passo 3
Análise da alternativa (a): “a entropia de gases é geralmente maior que a dos líquidos e a entropia de líquidos é geralmente maior que a dos sólidos.”
- Raciocínio didático: em um gás as partículas têm muito mais liberdade de movimento e ocupam um volume muito maior com mais microestados acessíveis; em um líquido há menos liberdade que no gás, mas mais que num sólido; em um sólido as partículas estão presas em posições bem definidas. Portanto a ordem típica é
ou seja, a alternativa (a) está de acordo com a física intuitiva e com dados experimentais na maioria dos casos. Conclusão: (a) é correta.
Passo 4
Análise da alternativa (b): “a entropia normalmente aumenta quando um líquido puro ou sólido dissolve em um solvente.”
- Explicação didática: dissolver normalmente aumenta o número de microestados porque as moléculas/íons do soluto ficam dispersos no solvente e têm mais posições/estados acessíveis; isso tende a aumentar
do sistema. Há exceções (alguns solutos formam estruturas muito ordenadas ao dissolver, levando a ), mas o enunciado usa “normalmente”, logo está correto dizer que a entropia normalmente aumenta na dissolução de sólidos ou líquidos puros. Conclusão: (b) é, em termos gerais, correta.
Passo 5
Análise da alternativa (c): “a entropia aumenta quando um gás dissolvido escapa de uma solução.”
- Explicação didática: se um gás dissolvido sai da solução e passa para a fase gasosa, suas moléculas passam de um estado mais confinado (no solvente) para um estado mais livre (fase gasosa), com mais microestados e maior mobilidade; além disso, se houver expansão de volume na liberação, isso aumenta a entropia da fase gasosa. Portanto, a entropia do sistema + vizinhança aumenta (ou pelo menos a entropia associada ao gás aumenta). Exemplo prático: bolhas de CO
saindo de refrigerante aumentam a entropia. Conclusão: (c) é correta.
Passo 6
Análise da alternativa (d): “a entropia do universo está aumentando continuamente.”
- Explicação didática: a segunda lei da termodinâmica nos diz que para processos espontâneos
. Em termos macroscópicos e ao longo da história do universo observável, a entropia total tende a crescer; dizer que está “aumentando continuamente” é a forma coloquial habitual usada em exames e livros — quer dizer que, no conjunto, a entropia não diminui e tem tendência a aumentar com os processos espontâneos. Observação didática: localmente a entropia pode diminuir (p.ex. vida, cristalização) desde que essa diminuição seja compensada por um aumento maior na vizinhança, de modo que . Assim (d) está de acordo com a segunda lei e é considerada correta no contexto usual das afirmações do tipo. Conclusão: (d) é correta.
Passo 7
Análise da alternativa (e): “a entropia de um processo complexo é a soma das entalpias simples desse processo.”
- Primeiro ponto crucial: entropia e entalpia são grandezas diferentes com definições e unidades distintas. Entropia tem unidade de energia por temperatura, por exemplo
(ou por mol). Entalpia tem unidade de energia, por exemplo (ou ). Logo, comparar diretamente ou somar entropia com entalpia é um erro dimensional: não se pode somar quantidades com unidades diferentes. - Segundo ponto: se você decompor um processo complexo em etapas, a entropia total do sistema é a soma das variações de entropia das etapas:
e a entalpia total também é soma das entalpias das etapas:
Mas isto não significa que
. A afirmação (e) confunde as duas grandezas: ela diz que “a entropia … é a soma das entalpias”, o que é conceitualmente errado.
- Exemplo numérico didático e rápido (para sentir a diferença de escala e unidade): fusão do gelo em
tem . A entropia associada a essa fusão, a temperatura de fusão, é
Note que
e
têm unidades diferentes e valores numéricos de ordens diferentes; somar entalpias para obter entropia não faz sentido matemático nem físico.
- Portanto a alternativa (e) é falsa: ela mistura duas grandezas distintas e afirma uma igualdade impossível.
Passo 8
Resumo final e conclusão: as alternativas (a), (b), (c) e (d) estão corretas dentro do sentido usual e das qualificações dadas; a alternativa (e) está incorreta porque confunde entropia com entalpia (unidades e significado diferentes) e a entropia de um processo não é dada pela soma das entalpias das etapas.
Resposta
e