Calcule
para
sendo dados
e
. Poder-se-ia esperar que
fosse estável a 298 K ? Explique.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que foi dado.
- Pede calcular
para a reação - Dados fornecidos:
-
. -
.
-
- Segunda pergunta: Poder-se-ia esperar que
fosse estável a ? (Ou seja: a reação de decomposição é favorável nas condições padrão?)
Passo 2
Fórmula central e significado dos termos.
A relação termodinâmica que vamos usar é
Explicando cada símbolo:
-
é a variação de energia livre de Gibbs padrão à temperatura . -
é a variação de entalpia padrão à temperatura . -
é a variação de entropia (não necessariamente com o círculo, aqui o enunciado deu ). -
é a temperatura em kelvin.
Critério de espontaneidade (termodinâmica):
- Se
, a reação é termodinamicamente favorável (espontânea) nas condições padrão. - Se
, a reação não é favorável nas condições padrão.
Observação importante: “espontânea” diz respeito à termodinâmica; a velocidade real depende da cinética (barreiras de ativação).
Passo 3
Unidades: conversão para coerência.
O
está em
e
foi dado em
. Para usar a fórmula sem erro devemos trabalhar com as mesmas unidades de energia. Converto
para
:
Passo 4
Calcular
em
.
Multiplico
por
:
Para facilitar a leitura, mantenho alguns algarismos e depois arredondo na resposta final.
Passo 5
Calcular
usando a fórmula.
Substituindo na fórmula:
Fazendo a conta:
Arredondando de forma consistente com os dados (o menor número de algarismos significativos nos dados é ~2–3), podemos dar
Passo 6
Interpretação termodinâmica: estabilidade vs espontaneidade.
- Como
é negativo ( ), a decomposição de em e é termodinamicamente favorável (espontânea) nas condições padrão a . - Podemos quantificar o quanto é favorável usando
. Calculando rapidamente para ter uma noção: então ou seja, o equilíbrio está fortemente deslocado para os produtos (muito favorável termodinamicamente).
Passo 7
Observação prática sobre estabilidade (cinética).
- Termodinamicamente: não,
não é estável frente à decomposição a ; a reação é espontânea pelo sinal de negativo e pelo enorme . - Cinética: na prática, uma espécie pode ser termodinamicamente instável e ainda assim existir por tempo observável se houver uma barreira de ativação alta (isto é, a reação for lenta sem catalisador). A decomposição de peróxido de hidrogênio é acelerada por superfícies, íons metálicos, luz, calor e catalisadores (como
), por isso em laboratório costuma-se estabilizar soluções. Portanto, apesar de termodinamicamente favorável, a estabilidade observada depende das condições experimentais e da cinética.
Resposta
Não — termodinamicamente instável a