Em um balanço energético, quais são as duas referências mais comuns (dados) usadas para entalpia e entropia? Uma tem uma vantagem sobre a outra?
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Identificar as duas referências (datum) mais comuns usadas para entalpia e entropia em balanços energéticos.
- Dizer se uma dessas referências tem vantagem sobre a outra.
Informações relevantes dadas (implícitas no problema):
- Não há números nem uma situação específica: pede-se um entendimento geral/prático.
- Em balanços energéticos costuma-se trabalhar com entalpias e entropias relativas a um datum escolhido; preciso explicar quais datums são usados e por quê.
Passo 2
O que é “referência” para entalpia e entropia e por que isso importa (conceito básico, sem jargão).
- Entalpia
e entropia são funções de estado: só importam as diferenças entre estados na maioria das aplicações. - Dizer “escolher um datum” significa fixar um valor arbitrário para
e/ou num estado de referência; depois calcula-se variações a partir desse datum. - Portanto, existem muitas escolhas possíveis de referência — o que importa é usar uma escolha consistente ao longo do balanço.
Passo 3
Fórmulas úteis para ver como o datum aparece nas contas (explicar cada símbolo).
- Variação de entalpia entre um estado de referência
e :
onde
é entalpia específica (por unidade de massa ou molar),
é o calor específico à pressão constante e
é a temperatura. O termo
é o valor de referência (datum) da entalpia no
.
- Variação de entropia:
onde
é entropia específica e
é a entropia de referência.
- Observação prática: se o balanço usa apenas diferenças
ou , os termos de datum cancelam, desde que a mesma referência seja usada para todas as correntes.
Passo 4
Referência comum 1 — tabelas termoquímicas / padrão químico (formação + terceira lei):
- O que é: usa-se entalpia padrão de formação
(normalmente tabelada para e ) e entropias absolutas obtidas pela terceira lei (onde para cristal perfeito a e integrando até ). - Como se usa em reações químicas:
onde
são os coeficientes estequiométricos (produtos positivos).
- Vantagens dessa referência:
- Dá valores absolutos coerentes para entalpia e entropia que permitem calcular energias de reação, equilíbrios termodinâmicos e energias livres
sem ambiguidade. - É padrão na literatura e em bases de dados (NIST, JANAF, tabelas químicas).
- Dá valores absolutos coerentes para entalpia e entropia que permitem calcular energias de reação, equilíbrios termodinâmicos e energias livres
- Limitações:
- Requer tabelas e/ou valores de formação; para processos que não envolvem mudança química pode ser “overkill”.
- Entalpia absoluta depende da escolha de temperatura para
(normalmente ), então pode ser preciso corrigir para outras temperaturas via integrais de .
Passo 5
Referência comum 2 — datum arbitrário (sensible properties) usado para balanços térmicos (por conveniência):
- O que é: escolhe-se uma temperatura de referência
(por exemplo ou ) e define-se -
e/ou para todas as substâncias, ou define-se e relativos a esse .
-
- Como se usa: calcula-se
e por integrais de (ver fórmulas no Passo 3). Em muitos balanços de energia (aquecimento, resfriamento, trocadores de calor, turbinas) apenas as diferenças de entalpia importam, então esse datum simplifica contas. - Vantagens dessa referência:
- Simplicidade: não precisa de entalpias de formação; usa-se apenas
e diferenças de temperatura. - Conveniente em engenharia de processos quando não há reação química (ou quando se querem apenas fluxos de calor sensíveis).
- Simplicidade: não precisa de entalpias de formação; usa-se apenas
- Limitações:
- Não é apropriada para calcular entalpias de reação ou energias livres sem adicionar termos de formação; se houver mudança química precisa-se das entalpias de formação ou de um outro datum absoluto para incorporar energia química.
Passo 6
Comparação direta (qual tem vantagem? quando cada uma é melhor)
- Para balanços que envolvem reações químicas, formação de produtos ou cálculos de energia livre: a referência padrão (entalpias de formação e entropias absolutas da terceira lei) é praticamente necessária — vantagem: fornece valores absolutos consistentes e tabelados.
- Para balanços puramente térmicos (apenas aquecer/esfriar, trocadores, fluxos sem reação): o datum arbitrário (por exemplo
em ) é mais prático e simples — vantagem: facilita contas e evita manipular grandes constantes. - Em resumo: nenhuma referência “vence” universalmente; a escolha depende da aplicação. A referência padrão é indispensável para química; o datum arbitrário é preferível por simplicidade nas aplicações térmicas sem reação.
Passo 7
Como trocar entre referências (truque prático)
- Se tiver
com datum das formações e você quiser com em , faz:
- Mesmo ideia para entropia:
- Lembre-se: apenas diferenças importam; mudar datum é só adicionar/subtrair uma constante.
Passo 8
Resumo prático e dica de prova (como agir na hora da prova)
- Sempre identifique se há reação química:
- Sim → use tabelas de
e (terceira lei) para calcular , e . - Não → geralmente é seguro escolher
e calcular por .
- Sim → use tabelas de
- Se a prova pedir um valor numérico e der tabelas, use a referência indicada nelas; se não der, declare explicitamente o datum que está adotando (ex.: "adianto
") e prossiga — provas normalmente aceitam se for consistente. - Motivação final: não entre em pânico — escolha a referência adequada para o tipo de problema e lembre-se que o que importa são as diferenças.
Resposta
Referência 1: usar entalpias padrão de formação
(normalmente a
,
) e entropias absolutas
obtidas pela terceira lei — indicado e necessário para reações químicas e cálculos de energia livre.
Referência 2: escolher um datum arbitrário (por exemplo e/ou
em uma temperatura de referência
) e usar integrais de
para obter diferenças — prático e suficiente para balanços térmicos sem reação.
Vantagem: não há uma única melhor; a referência das formações/terceira lei é melhor para química (valores absolutos e tabelados), enquanto o datum arbitrário é mais simples e conveniente para problemas de aquecimento/resfriamento sem reação.
Referência 2: escolher um datum arbitrário (por exemplo
Vantagem: não há uma única melhor; a referência das formações/terceira lei é melhor para química (valores absolutos e tabelados), enquanto o datum arbitrário é mais simples e conveniente para problemas de aquecimento/resfriamento sem reação.