Defina os conceitos principais da termodinâmica de misturas, como entalpia, entropia, energia livre de Gibbs e leis fundamentais da termodinâmica.

Passo 1

Então, beleza: a questão pede para definir os conceitos principais da termodinâmica de misturas — entalpia, entropia, energia livre de Gibbs e as leis fundamentais da termodinâmica. O conteúdo é termodinâmica de equilíbrios e propriedades termodinâmicas de misturas. Para resolver, vamos precisar entender as definições básicas (U, H, S, G), as noções de “parcelas molares” e as fórmulas que descrevem variações de entalpia, entropia e energia livre em misturas ideais.

Passo 2

Definindo a entalpia (H) de uma mistura:
  1. Teoria: entalpia é uma medida de energia interna incluindo trabalho de expansão.
  2. Fórmula geral:
H = U + pV
onde U é a energia interna, p é a pressão e V o volume.
3) Em mistura, usamos parcelas molares: De.
4) A entalpia de mistura (ideal) vale:
pois em mistura ideal não há troca líquida de calor ao misturar.

Passo 3

Definindo a entropia (S) de uma mistura:
  1. Teoria: entropia mede a dispersão de energia ou grau de desordem.
  2. Para processos reversíveis:
dS = de
  1. Em mistura ideal, a entropia de mistura é positiva e dada por:
De
com constante dos gases. Isso mostra que misturar aumenta a desordem.

Passo 4

Definindo a energia livre de Gibbs (G) de uma mistura:
  1. Teoria: G é a energia “disponível” para trabalho útil a temperatura e pressão constantes.
  2. Fórmula básica:
G = H - T S
  1. Para mistura ideal, a variação de energia livre ao misturar é:
De
Se , a mistura forma-se espontaneamente.

Passo 5

Resumo das leis fundamentais da termodinâmica aplicadas a misturas:
  1. Primeira lei (conservação de energia):
    A energia interna total de um sistema isolado é constante.
  2. Segunda lei (entropia):
    Em processos espontâneos, a entropia total (sistema + vizinhança) nunca diminui; para misturas, .
  3. Terceira lei:
    A entropia de um cristal perfeito tende a zero quando ; para misturas, define o ponto de referência de .

Resposta

– Entalpia (H): energia interna + pV; em mistura ideal, .
– Entropia (S): medida de desordem; em mistura ideal, .
– Energia livre de Gibbs (G): ; em mistura ideal, .
– Leis da termodinâmica: (1) conservação de energia, (2) entropia total não diminui, (3) entropia → 0 em T→0.

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