Calcule o calor envolvido no processo de dissolução representado por
se as quantidades de nitrato de amônio e água são respectivamente iguais a 200 g e 100 mL .
Dados: solubilidade do
em 100 mL de água
Dados: solubilidade do
Passo 1
O que o enunciado pede e o que ele fornece (resumo claro):
- Pede: calcular o calor envolvido no processo de dissolução
dadas as quantidades e os dados termodinâmicos. - Dados fornecidos no enunciado:
- massa de nitrato de amônio disponível:
. - volume de água disponível:
. - solubilidade:
de dissolvidos por de água. - entalpias padrão de formação:
- massa de nitrato de amônio disponível:
- Observação importante que vai guiar a resolução: a solubilidade limita quanto realmente se dissolve. Não podemos dissolver
em porque a solubilidade é por . Portanto a massa que efetivamente se dissolve é limitada a . A partir disso vamos calcular o calor absorvido/cedido pela dissolução dessa massa.
Passo 2
Determinar a quantidade (massa e número de mols) que realmente se dissolve:
- Pelo enunciado, a solubilidade é
por . Como há de água disponível, a massa máxima que pode dissolver é exatamente . - Como tinha
disponíveis, apenas vão se dissolver e permanecerão sem se dissolver. - Conclusão: massa dissolvida
.
Passo 3
Calcular a massa molar do
(passo-a-passo):
- Composição: dois átomos de N, quatro de H e três de O.
- Usando massas atômicas aproximadas (valores usuais):
, , . - Massa molar:
Calculemos:
Passo 4
Calcular o número de mols que se dissolvem:
- Fórmula:
. - Substituindo:
- Interpretação: aproximadamente
mol de irão reagir (dissolver-se) sob as condições dadas.
Passo 5
Relembrando o conceito que vamos usar para obter o calor da dissolução:
- A entalpia da reação padrão é dada por Hess:
Onde: -
é a entalpia padrão da reação por mol de reação escrita. -
são as entalpias padrão de formação (em ) de cada espécie.
-
- Aqui a reação escrita representa a dissolução de 1 mol de
em seus íons aquosos, portanto o resultado da aplicação de Hess dará a entalpia por mol de sal dissolvido.
Passo 6
Calcular
por mol de
:
- Produtos:
e . Somando suas entalpias de formação: - Reagente (1 mol de sólido):
- Aplicando Hess:
- Interpretação do sinal:
é positivo ( ), portanto a dissolução é endotérmica — ou seja, o processo absorve calor do ambiente.
Passo 7
Calcular o calor total absorvido pela quantidade que efetivamente se dissolve:
- Fórmula:
. - Substituindo os valores (entalpia por mol e número de mols dissolvidos):
- Interpretação física: a dissolução de
de em de água absorve cerca de de calor do meio (por isso a solução esfria).
Passo 8
Observações finais, conselhos para prova e verificação:
- Sempre verifique solubilidade antes de assumir que toda a massa fornecida se dissolve: aqui foi crucial, porque havia mais sal do que a água poderia dissolver.
- A técnica usada (entalpias de formação + Hess) é padrão para calcular entalpias de dissolução quando são fornecidas entalpias de formação dos íons em solução e do sólido.
- Unidade final:
em . O sinal positivo indica calor absorvido pelo sistema (endotérmico). Se a questão pedisse a variação do calor do ambiente, seria negativo do valor obtido. - Arredondamento: mantive três algarismos significativos no resultado final por coerência com os dados fornecidos.