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
, o recipiente que contém as espécies químicas. Esta reação é endotérmica ou exotérmica? Explique porque esta reação ocorre.
Passo 1
O enunciado apresenta a reação
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 ( ), entropia (
) e energia livre de Gibbs (
).
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 (
Passo 2
Observa-se experimentalmente que ao reagir os sólidos o sistema esfria até cerca de
, ou seja, absorve calor do ambiente. Isso indica que a variação de entalpia é positiva:
Logo, a reação é endotérmica.
Passo 3
Para avaliar a espontaneidade usamos a energia livre de Gibbs:
Uma transformação ocorre espontaneamente se
. Neste caso
, portanto é preciso que
seja suficientemente grande e positivo para tornar
negativo.
Passo 4
Analisando
, 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
Como
é ambiente (positivo em Kelvin), o termo
é positivo e pode superar
.
Passo 5
Como
e
, para temperaturas usuais temos
o que garante a espontaneidade da reação apesar de ela absorver calor.
Resposta
A reação é endotérmica (
) e ocorre espontaneamente porque gera aumento de entropia (
), de modo que
supera
e torna
negativo.