Dadas as seguintes energias livre de Gibbs padrões de formação:
;
.
Calcule as variações de entalpia padrão das seguintes reações: Quais dessas reações ocorrem espontaneamente?
Calcule as variações de entalpia padrão das seguintes reações: Quais dessas reações ocorrem espontaneamente?
Passo 1
O enunciado pede para calcular as variações de entalpia padrão das reações propostas e decidir quais delas ocorrem espontaneamente. Foi enviada uma reação:
Os dados fornecidos no enunciado (copiados exatamente) são:
Observação importante: os primeiros valores estão rotulados como energias livres de Gibbs (
), enquanto os dois últimos estão rotulados como entalpias de formação (
). Para calcular variações de entalpia de reação precisamos de entalpias de formação; para decidir espontaneidade padrão usamos energias livres de Gibbs de reação. Vou esclarecer quais quantidades são necessárias e o que falta.
Passo 2
Regra para calcular variação de entalpia padrão de reação (Hess):
Explicando:
é a variação de entalpia padrão da reação;
são os coeficientes estequiométricos (positivos para produtos, negativos para reagentes na soma indicada); e
é a entalpia padrão de formação da espécie
. Para usar essa fórmula precisamos das entalpias de formação de todas as substâncias envolvidas na reação. Esta é uma aplicação direta da Lei de Hess (soma de entalpias de formação dos produtos menos soma das entalpias de formação dos reagentes).
Passo 3
Aplicando a fórmula simbolicamente à reação dada:
Portanto, para calcular numericamente
preciso dos três valores
de
,
e
.
Passo 4
Verificando os dados fornecidos: só foi dado
. Para
e
foram fornecidos valores rotulados como
, não como
. Assim, com os dados tal como apresentados NÃO É POSSÍVEL calcular de forma única e correta
, porque faltam
e
. Se esses dois valores fossem fornecidos, bastaria usar a fórmula de Hess do Passo 3 e somar/subtrair.
Passo 5
Agora sobre espontaneidade: critério padrão é pelo sinal da variação da energia livre de Gibbs padrão da reação:
Se
a reação é espontânea em condições padrão; se
não é espontânea; se
está em equilíbrio. Para calcular
precisamos das energias livres de formação (
) de todas as espécies envolvidas.
Passo 6
Aplicando simbolicamente à reação:
Dos dados fornecidos temos
para
e
, mas NÃO HÁ na lista um valor explicitamente rotulado como
. Portanto, com os dados tal como apresentados também NÃO É POSSÍVEL calcular de forma única
.
Passo 7
No entanto, há uma inconsistência plausível nos rótulos dos dados: o número
é fornecido na lista como
, mas esse mesmo valor é frequentemente encontrado tabelado como
em várias fontes (os valores de
e
para
são numericamente muito próximos). Se aceitarmos a hipótese razoável — e aqui deixo explícito que é uma ASSUNÇÃO devido à rotulagem ambígua — de que o valor
é na prática o valor de
(ou seja, que podemos usá‑lo como energia livre padrão de formação do
para avaliar espontaneidade), então podemos calcular:
substituindo os valores dados (usando os de
e
e assumindo
):
substituindo os valores dados (usando os
Faço a soma passo a passo:
Logo
Como
, nessa interpretação a reação NÃO é espontânea sob condições padrão (298 K, 1 bar).
Passo 8
Também, se por outro lado alguém interpretasse todos os valores iniciais como entalpias de formação (isto é, se os números rotulados como
fossem na verdade
por um erro de rótulo), então usando esses mesmos números na fórmula de entalpia do Passo 3 obteríamos numericamente:
ou seja,
sob essa outra (também hipotética) interpretação. Portanto o valor numérico
aparece em ambas as interpretações ambíguas, mas devo repetir: isso depende fortemente de assumir que os números fornecidos correspondem às grandezas que eu usei. Sem tal assunção o problema está incompleto.
Resposta
A reação não ocorre espontaneamente em condições padrão, assumindo