O conceito de entalpia é central para muitas discussões termodinâmicas sobre processos, tais como transformações físicas e reações químicas que ocorrem sob condições climáticas. condições de pressão constante. Uma mudança na entalpia é igual à energia transferida como calor a pressão constante. A entalpia, H, é definida como: H=U+pV. Explique porque a variação de entalpia pode ser dada por dH=Tds.
Imagine que uma amostra de a água é aquecida até ferver sob uma pressão de 1,0 atm. Quando uma corrente elétrica de 0,50 A de uma fonte de 12 V é passada por 300 s através de uma resistência em contato térmico com a água. Nesse processo 0,798 g de água é vaporizada. A mudança de entalpia será? Dado: AVs=1 J. Massas molares de hidrogênio e oxigênio são: 1 e 16 g / mol.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre entalpia, que é uma grandeza importante na termodinâmica, especialmente quando a gente estuda como a energia se comporta em processos como mudanças de fase ou reações químicas sob pressão constante. Para resolver, vamos precisar entender o que é entalpia, como calcular a variação dela e aplicar isso no contexto da água sendo aquecida e vaporizada com a ajuda de uma corrente elétrica.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é entalpia (H). A entalpia é definida pela fórmula:
H = U + pV
Onde:
  • $ H $ é a entalpia,
  • $ U $ é a energia interna,
  • $ p $ é a pressão,
  • $ V $ é o volume.
Quando falamos de mudanças na entalpia ($ \Delta H $), estamos interessados em como essa quantidade de energia muda durante um processo à pressão constante. A relação dada no enunciado é:
H
Aqui:
  • $ dH $ é a variação infinitesimal de entalpia,
  • $ T $ é a temperatura,
  • $ dS $ é a variação infinitesimal de entropia.
Essa equação mostra que, em um processo à pressão constante, a mudança na entalpia está diretamente relacionada com a transferência de calor ($ Q $) na temperatura $ T $, porque $ Q = T , dS $.

Passo 3

Agora, vamos para a segunda parte do exercício, que é um problema prático. A gente tem os seguintes dados:
  • Corrente elétrica ($ I $) = 0,50 A
  • Tensão ($ V $) = 12 V
  • Tempo ($ t $) = 300 s
  • Massa de água vaporizada ($ m $) = 0,798 g
  • Valor de AVs (entalpia de vaporização) = 1 J
  • Massas molares: Hidrogênio = 1 g/mol, Oxigênio = 16 g/mol
Primeiro, precisamos calcular a energia elétrica fornecida ao sistema. A fórmula para isso é:
I
Onde:
  • $ Q $ é a energia em Joules,
  • $ V $ é a tensão em Volts,
  • $ I $ é a corrente em Amperes,
  • $ t $ é o tempo em segundos.

Passo 4

Vamos substituir os valores na fórmula:
Q = 12 , V times 0,50 , A times 300 , s = 1800 , J
Então, foram fornecidos 1800 Joules de energia elétrica à água.

Passo 5

Sabemos que a entalpia de vaporização ($ \Delta H_{vap} $) é a quantidade de energia necessária para vaporizar uma certa massa de água. Segundo o enunciado, $ AVs = 1 , J $. Isso significa que para cada grama de água vaporizada, são necessários 1 Joule de energia.
Portanto, para vaporizar 0,798 g de água, a mudança de entalpia será:
De

Resposta

A mudança de entalpia ($ \Delta H $) durante o processo é de 0,798 J.

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