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:
- Teoria: entalpia é uma medida de energia interna incluindo trabalho de expansão.
- Fórmula geral:
onde U é a energia interna, p é a pressão e V o volume.
3) Em mistura, usamos parcelas molares: .
4) A entalpia de mistura (ideal) vale:
3) Em mistura, usamos parcelas molares:
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:
- Teoria: entropia mede a dispersão de energia ou grau de desordem.
- Para processos reversíveis:
- Em mistura ideal, a entropia de mistura é positiva e dada por:
com
constante dos gases. Isso mostra que misturar aumenta a desordem.
Passo 4
Definindo a energia livre de Gibbs (G) de uma mistura:
- Teoria: G é a energia “disponível” para trabalho útil a temperatura e pressão constantes.
- Fórmula básica:
- Para mistura ideal, a variação de energia livre ao misturar é:
Se
, a mistura forma-se espontaneamente.
Passo 5
Resumo das leis fundamentais da termodinâmica aplicadas a misturas:
- Primeira lei (conservação de energia):
A energia interna total de um sistema isolado é constante. - Segunda lei (entropia):
Em processos espontâneos, a entropia total (sistema + vizinhança) nunca diminui; para misturas,. - 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.
– Entropia (S): medida de desordem; em mistura ideal,
– Energia livre de Gibbs (G):
– Leis da termodinâmica: (1) conservação de energia, (2) entropia total não diminui, (3) entropia → 0 em T→0.