Calcule o
para a seguinte reação e diga se o processo é espontâneo ou não:
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Calcular
para a reação fornecida nas condições-padrão. - Dizer se o processo é espontâneo (nas condições-padrão).
Informações dadas (vou listar exatamente como foram fornecidas):
Observação: as entalpias de formação de elementos no seu estado padrão (Fe sólido, C grafítico) valem
. Vou assumir temperatura padrão
(condições-padrão).
Passo 2
Fórmulas e conceitos que vamos usar (explicadinho):
- Para a variação livre padrão da reação usamos a relação
Aqui:
-
é a variação da energia livre de Gibbs para a reação nas condições-padrão (por mol de reação como escrita). -
é a variação de entalpia padrão da reação. -
é a variação de entropia padrão da reação. -
é a temperatura em kelvin. -
Como calcular
a partir das entalpias de formação: somamos as entalpias de formação dos produtos multiplicadas pelos seus coeficientes estequiométricos e subtraímos a soma das entalpias de formação dos reagentes:
- Mesma ideia para
, mas usando entropias absolutas padrão :
- Atenção às unidades: as entalpias foram dadas em
e as entropias em . Para usar a fórmula devemos ter tudo nas mesmas unidades — vou converter para joules ( ).
Passo 3
Cálculo de
usando as entalpias de formação (mostrando cada termo):
Produtos:
Produtos:
Reagentes:
Agora a variação:
Interpretando: a reação, como escrita, é endotérmica em
por mol de reação.
Passo 4
Cálculo de
usando as entropias padrão:
Produtos:
Produtos:
Soma dos produtos:
Reagentes:
Soma dos reagentes:
Agora a variação:
Interpretação rápida:
é positivo — a reação aumenta a entropia (faz gás a partir de sólidos).
Passo 5
Converter
para joules e aplicar
.
Converter:
Usando
e
:
Agora:
Arredondando de forma razoável:
Passo 6
Interpretação da resposta (como usar isso na prova e sentido físico, numa linguagem simples):
- Sinal:
é positivo ( ), portanto a reação NÃO é espontânea sob condições-padrão ( ). - Observação importante: como
e , o termo favorável cresce com a temperatura. Existe uma temperatura acima da qual a reação pode tornar-se espontânea (quando ). Podemos estimar essa temperatura de equilíbrio:
Ou seja, para
a reação pode ficar espontânea (
). Isso explica por que, na prática, a redução de óxidos de ferro por carbono (processo de obtenção de ferro) costuma exigir temperaturas altas.
Resposta
O processo não é espontâneo nas condições-padrão (