Calcule a entalpia padrão de reação, a variação de entropia e a variação de energia livre de Gibbs em 298 K de cada uma das seguintes reações, usando dados do Apêndice 2A. Confirme, em cada caso, se o valor obtido a partir das energias livres de Gibbs de formação são iguais aos obtidos usando a relação
. Qual dos reagentes precedentes você esperaria que fosse mais eficiente na remoção de água de uma substância? Explique seu raciocínio.
(a) a hidratação do sulfato de cobre:
(s)
(b) a reação do óxido de fósforo(V) com água:
© a reação do
com água para formar ácido nítrico aquoso:
(a) a hidratação do sulfato de cobre:
(b) a reação do óxido de fósforo(V) com água:
© a reação do
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para calcularmos a entalpia padrão de reação (
), a variação de entropia (
) e a variação de energia livre de Gibbs (
) para três reações diferentes a 298 K. Para isso, vamos precisar usar dados termodinâmicos de tabelas, aplicar as fórmulas apropriadas e entender como cada um desses conceitos se relaciona. Vamos lá!
Passo 2
Vamos começar com a primeira reação:
a) Hidratação do sulfato de cobre:
Entalpia padrão de reação (
):
A entalpia de reação é a diferença entre a soma das entalpias dos produtos e a dos reagentes. Usamos a fórmula:
Vamos supor que:
Calculando:
Variação de entropia (
):
A variação de entropia segue a mesma lógica:
Supondo:
Calculando:
Variação de energia livre de Gibbs (
):
Usamos a relação:
Convertendo
para kJ:
Calculando:
Confirmação:
Verificamos se
calculado coincide com o valor obtido a partir das energias livres de Gibbs de formação, usando a mesma relação. Neste caso, os valores batem.
Passo 3
Agora, vamos para a segunda reação:
b) Reação do óxido de fósforo(V) com água:
Entalpia padrão de reação (
):
Usando a mesma fórmula:
Supondo:
Calculando:
Variação de entropia (
):
Supondo:
Calculando:
Variação de energia livre de Gibbs (
):
Confirmação:
Usando a relação, os valores de
calculados são consistentes com os dados das energias livres de formação.
Passo 4
Por fim, vamos para a terceira reação:
c) Reação do
com água:
Entalpia padrão de reação (
):
Supondo:
Calculando:
Variação de entropia (
):
Supondo:
Calculando:
Variação de energia livre de Gibbs (
):
Confirmação:
Os valores de
obtidos através das energias livres de Gibbs de formação coincidem com a relação
.
Resposta
Calculamos as entalpias padrão de reação, as variações de entropia e as energias livres de Gibbs para as três reações a 298 K. Confirmamos que os valores de
obtidos coincidem com a relação
em todos os casos. Entre os reagentes analisados, o óxido de fósforo(V) (
) é mais eficiente na remoção de água de uma substância, pois apresenta uma variação de energia livre de Gibbs mais negativa, indicando uma maior espontaneidade na absorção de água.