A determinação da espontaneidade de transformações químicas é importante para a viabilização econômica de processos químicos, bem como para a compreensão de fenômenos naturais, em particular, processos biológicos. A reação de quantidades estequiométricas de hidróxido de bário sólido com nitrato de amônio sólido, descrita pela equação química a seguir, é capaz de resfriar, até cerca de -20^{\circ} \mathrm{C}, o recipiente que contém as espécies químicas. Esta reação é endotérmica ou exotérmica? Explique porque esta reação ocorre.
\mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{NH}_{4} \mathrm{NO}_{3}(\mathrm{~s}) \rightarrow \mathrm{Ba}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{aq})

Passo 1

O enunciado apresenta a reação
\mathrm{Ba(OH)_2(s) + 2\,NH_4NO_3(s) \rightarrow Ba(NO_3)_2(s) + 2\,H_2O(l) + 2\,NH_3(aq)}
e pede para determinar se ela é endotérmica ou exotérmica e explicar por que ocorre espontaneamente. O conteúdo envolvido é termodinâmica química, em particular energia e entropia, e usaremos conceitos de entalpia ( \Delta H), entropia ( \Delta S) e energia livre de Gibbs ( \Delta G).

Passo 2

Observa-se experimentalmente que ao reagir os sólidos o sistema esfria até cerca de -20^\circ\mathrm{C}, ou seja, absorve calor do ambiente. Isso indica que a variação de entalpia é positiva:
\Delta H > 0
Logo, a reação é endotérmica.

Passo 3

Para avaliar a espontaneidade usamos a energia livre de Gibbs:
\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S.
Uma transformação ocorre espontaneamente se \Delta G<0. Neste caso \Delta H>0, portanto é preciso que T\,\Delta S seja suficientemente grande e positivo para tornar \Delta G negativo.

Passo 4

Analisando \Delta S, a reação parte de dois sólidos puros e gera um sólido, água líquida e espécies em solução aquosa (amônia dissolvida), além de aumento no número de partículas dissolvidas. Tudo isso aumenta a desordem do sistema. Portanto
\Delta S>0.
Como T é ambiente (positivo em Kelvin), o termo T\,\Delta S é positivo e pode superar \Delta H.

Passo 5

Como \Delta H>0 e \Delta S>0, para temperaturas usuais temos
\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S < 0,
o que garante a espontaneidade da reação apesar de ela absorver calor.

Resposta

A reação é endotérmica ( \Delta H>0) e ocorre espontaneamente porque gera aumento de entropia ( \Delta S>0), de modo que T\Delta S supera \Delta H e torna \Delta G negativo.

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