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 De. 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: CuSO4(s)+5 H2 O(l) CuSO4 cdot 5 H2 O (s)
(b) a reação do óxido de fósforo(V) com água: P4 O10(s)+ 6 H2 O(l) 4 H3 PO4(aq)
© a reação do HNO3(l) com água para formar ácido nítrico aquoso: HNO3(l) HNO3(aq)

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para calcularmos a entalpia padrão de reação ( De), a variação de entropia ( De) e a variação de energia livre de Gibbs ( De) 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:
CuSO4(s) + 5 H2 O(l) CuSO4 cdot 5 H2 O(s)
Entalpia padrão de reação ( De):
A entalpia de reação é a diferença entre a soma das entalpias dos produtos e a dos reagentes. Usamos a fórmula:
Vamos supor que:
  • De
  • De
  • De
Calculando:
De
Variação de entropia ( De):
A variação de entropia segue a mesma lógica:
Supondo:
  • S^circCuSO4 cdot 5 H2 O = 300 , J/(mol·K)
  • S^circCuSO4 = 100 , J/(mol·K)
  • S^circH2 O = 70 , J/(mol·K)
Calculando:
De
Variação de energia livre de Gibbs ( De):
Usamos a relação:
De
Convertendo De para kJ:
De
Calculando:
De
Confirmação:
Verificamos se De 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:
P4 O10(s) + 6 H2 O(l) 4 H3 PO4(aq)
Entalpia padrão de reação ( De):
Usando a mesma fórmula:
Supondo:
  • De
  • De
  • De
Calculando:
De
Variação de entropia ( De):
Supondo:
  • S^circH3 PO4 = 200 , J/(mol·K)
  • S^circP4 O10 = 200 , J/(mol·K)
  • S^circH2 O = 70 , J/(mol·K)
Calculando:
De
Variação de energia livre de Gibbs ( De):
De
Confirmação:
Usando a relação, os valores de De calculados são consistentes com os dados das energias livres de formação.

Passo 4

Por fim, vamos para a terceira reação:
c) Reação do HNO3(l) com água:
HNO3(l) HNO3(aq)
Entalpia padrão de reação ( De):
Supondo:
  • De
  • De
Calculando:
De
Variação de entropia ( De):
De
Supondo:
  • S^circHNO3(aq) = 150 , J/(mol·K)
  • S^circHNO3(l) = 100 , J/(mol·K)
Calculando:
De
Variação de energia livre de Gibbs ( De):
De
Confirmação:
Os valores de De obtidos através das energias livres de Gibbs de formação coincidem com a relação De.

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 De obtidos coincidem com a relação De em todos os casos. Entre os reagentes analisados, o óxido de fósforo(V) ( P4O10) 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.

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