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 duas coisas para a reação
- Calcular a variação de entalpia padrão da reação,
. - Dizer se a reação ocorre espontaneamente (ou seja, analisar
).\n
Dados fornecidos (copiando do enunciado):
;
;
;
;
;
.\n
Observação importante (não é pergunta): os dois últimos números dados têm magnitudes que coincidem com os valores padrão comumente citados para as energias livres de formação dee (valores próximos de e kJ·mol ). No enunciado esses dois estão rotulados como , mas isso gera ambiguidade sobre se são entalpias ou energias livres. Eu vou explicitar as consequências dessa ambiguidade e seguir um caminho prático para responder o que foi pedido: calcular e decidir espontaneidade.
Passo 2
Conceitos e fórmulas que vamos usar (explicadinhos, passo a passo):
- A variação de entalpia padrão da reação é calculada a partir das entalpias padrão de formação por:
onde
são os coeficientes estequiométricos (positivos para produtos, negativos para reagentes). Cada
é a entalpia padrão de formação da espécie
(energia para formar 1 mol da substância a partir dos elementos em estado padrão). Para aplicar essa fórmula precisamos das entalpias padrão de formação de todos os reagentes e produtos envolvidos.
- A variação da energia livre de Gibbs padrão da reação é análoga, usando energias livres de formação:
- Critério de espontaneidade (a 298 K, condições padrão): se
a reação é espontânea sob condições padrão; se não é espontânea; se está em equilíbrio padrão. - Observação prática: para decidir espontaneidade usamos
. Para calcular precisamos de valores de para todas as espécies.
Passo 3
Avaliação da ambiguidade e escolha prática:
- Se os valores
e foram realmente dados como entalpias de formação, então no enunciado faltam as entalpias padrão de formação de , e , logo não é possível computar numericamente com os dados entregues. - Se, por outro lado, esses dois últimos números são na prática as energias livres padrão de formação (
) de e (isto é, se o enunciado rotulou-os erroneamente como entalpias), então temos para todas as espécies na reação e podemos calcular e decidir espontaneidade. Vou seguir este último caminho para responder se a reação é espontânea (pois é o que o enunciado permite concluir), e ao final explico novamente que não pode ser obtido numericamente sem as entalpias de formação corretas para os sais e ácido.\n
Cálculo de(usando os valores fornecidos — eu peguei estes números do enunciado):
Produtos:, , . Reagentes: , .
Portanto
Passo 4
Interpretação do resultado para espontaneidade:
Como , a reação é termodinamicamente favorita (espontânea) nas condições padrão (298 K, 1 bar), segundo o critério de energia livre. Em termos práticos: a reação ácido + carbonato → sal + CO
+ água é favorável sob condições padrão, conforme mostrado pelo valor negativo de
.
Como
Passo 5
Sobre a variação de entalpia
: como já indicado, para calcular numericamente
precisamos das entalpias padrão de formação de todas as espécies envolvidas e aplicar
No enunciado temos listadas explicitamente apenas
e
(mas, como observado, esses números coincidem com valores comuns de
); faltam as entalpias padrão de formação de
,
e
. Sem esses três valores não é possível obter numericamente
.\n
Se você me fornecer ,
e
eu faço o cálculo passo a passo para
. (Aqui eu não pergunto — escrevi isso para explicar qual dado falta.)
Se você me fornecer
Resposta
Não é possível calcular numericamente
com os dados fornecidos (faltam
de
,
e
).
A reação é espontânea sob condições padrão, pois .
A reação é espontânea sob condições padrão, pois