Considere a reação de combustão da glicose:
A entalpia padrão de combustão é
As entropias padrão a
das substâncias são apresentadas na Tabela a seguir:
Substância
213,6
69,9
212,1
205,0
(a) Calcule
da reação de combustão. Resposta:
(b) Calcule
da combustão. Resposta:
(c) Determine
e
para a reação inversa (fotossíntese). Resposta:
;
(d) A fotossíntese é espontânea nas condições padrão? Justifique.
(e) De onde a planta obtém energia para realizar a fotossíntese?
As entropias padrão a
| Substância |
|
|
|
213,6 |
|
|
69,9 |
|
|
212,1 |
|
|
205,0 |
(b) Calcule
(c) Determine
(d) A fotossíntese é espontânea nas condições padrão? Justifique.
(e) De onde a planta obtém energia para realizar a fotossíntese?
Passo 1
O enunciado pede que eu calcule várias grandezas termodinâmicas para a reação de combustão da glicose e depois trate da reação inversa (fotossíntese) e da espontaneidade. Dados fornecidos (copiados do enunciado):
Entropias padrão a
:
Perguntas:
(a) Calcular da reação de combustão.
(b) Calcular da combustão (em
).
(c) Determinar e
para a reação inversa (fotossíntese).
(d) A fotossíntese é espontânea nas condições padrão? Justifique.
(e) De onde a planta obtém energia para realizar a fotossíntese?
(a) Calcular
(b) Calcular
(c) Determinar
(d) A fotossíntese é espontânea nas condições padrão? Justifique.
(e) De onde a planta obtém energia para realizar a fotossíntese?
Passo 2
Conceito e fórmula para
da reação: a entropia padrão de reação é a soma das entropias dos produtos, ponderadas pelos coeficientes estequiométricos, menos a soma das entropias dos reagentes, também ponderadas. Em fórmula:
onde
são os coeficientes estequiométricos (sempre positivos nas somas acima). Aqui aplico diretamente com os valores dados.
Passo 3
Cálculo numérico de
:
soma das entropias dos produtos:
soma das entropias dos produtos:
soma das entropias dos reagentes:
diferença:
Interpretação curta:
significa que a desordem aumenta na combustão (mais mols de gás/arranjo molecular resultante).
Passo 4
Fórmula para
e cuidados com unidades: a energia livre padrão a temperatura
é dada por
Aqui
está em
e
em
, portanto preciso converter
para
(dividindo por
) ou converter
para joules. Vou converter
para
:
Temperatura
. Calculo de
:
Agora aplico a fórmula:
Arredondando com razoável precisão:
Explicação didática rápida:
dá um termo
negativo, portanto a energia livre fica ainda mais negativa que
— a combustão libera energia e aumenta a entropia, tornando o processo fortemente exergônico.
Passo 5
Reação inversa (fotossíntese): ao inverter a reação, todas as grandezas termodinâmicas de mudança de estado mudam de sinal (porque são funções de estado). Assim:
Curiosidade/cheat: também poderia calcular
usando a mesma fórmula
com os valores já invertidos; resulta no mesmo número.
Passo 6
Resposta à pergunta sobre espontaneidade (d): a fotossíntese nas condições padrão tem
, ou seja,
. Pelo critério de espontaneidade a pressão e temperatura constantes, um processo com
NÃO é espontâneo. Portanto, a fotossíntese NÃO é espontânea nas condições padrão — ela precisa de fornecimento de energia externa para ocorrer.
Passo 7
Resposta à pergunta sobre a fonte de energia (e): as plantas obtêm a energia necessária para a fotossíntese a partir da luz solar. Mais precisamente:
- Fótons da luz são absorvidos por pigmentos (por exemplo, clorofila) nos tilacoides dos cloroplastos.
- Essa energia luminosa é convertida em energia química nas reações de clareamento (reações dependentes de luz), formando ATP e NADPH.
- ATP e NADPH fornecem a energia e os equivalentes redutores necessários para a fixação do carbono no ciclo de Calvin, que sintetiza
a partir de e .
Em termos energéticos, a planta precisa fornecer aproximadamentepor mol de glicose formada (condições padrão), energia essa vinda da luz solar.
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d) Não — a fotossíntese não é espontânea nas condições padrão, pois .
(e) A planta obtém a energia da luz solar (fótons), absorvida por pigmentos como a clorofila, que é convertida em ATP e NADPH para impulsionar a síntese de glicose.
(b)
(c)
(d) Não — a fotossíntese não é espontânea nas condições padrão, pois
(e) A planta obtém a energia da luz solar (fótons), absorvida por pigmentos como a clorofila, que é convertida em ATP e NADPH para impulsionar a síntese de glicose.