Determine
e
, para a reação
bar
bar que tem como produto
. Considere dados da Tabela 1 e as pressões parciais indicadas, para
.
Table 1: Tabela 1: Energia de Gibbs molar de formação padrão (
), em
e
bar, para algumas substâncias.\captionsetup{labelformat=empty}
Substância
Acetileno,
209,20
Água,
-237,141
Água,
-228,582
Amônia,
-16,367
Benzeno,
124,35
Butano,
-17,15
Bromo,
(g)
3,126
Carbono (diamante),
(s)
2,900
Carbono (grafite),
(s)
0
Cloreto de hidrogênio, HCl (g)
-95,300
Dióxido de carbono,
-394,389
Dióxido de enxofre,
(g)
-300,125
Dióxido de nitrogênio,
51,258
Etano,
(g)
-32,82
Etanol,
(l)
-174,78
Etileno,
68,421
Hidrogênio,
0
Iodeto de hidrogênio, HI (g)
1,560
Iodo,
(g)
19,325
Iodo,
(s)
0
Metano,
-50,768
Monóxido de carbono, CO (g)
-137,163
Metanol,
(l)
-166,27
Metanol,
-161,96
Nitrogênio,
0
Oxigênio,
0
Tetróxido de dinitrogênio,
(g)
97,787
Trióxido de enxofre,
-371,016
Table 1: Tabela 1: Energia de Gibbs molar de formação padrão (
), em
e
bar, para algumas substâncias.
\captionsetup{labelformat=empty}
| Substância |
|
| Acetileno,
|
209,20 |
| Água,
|
-237,141 |
| Água,
|
-228,582 |
| Amônia,
|
-16,367 |
| Benzeno,
|
124,35 |
| Butano,
|
-17,15 |
| Bromo,
|
3,126 |
| Carbono (diamante),
|
2,900 |
| Carbono (grafite),
|
0 |
| Cloreto de hidrogênio, HCl (g) | -95,300 |
| Dióxido de carbono,
|
-394,389 |
| Dióxido de enxofre,
|
-300,125 |
| Dióxido de nitrogênio,
|
51,258 |
| Etano,
|
-32,82 |
| Etanol,
|
-174,78 |
| Etileno,
|
68,421 |
| Hidrogênio,
|
0 |
| Iodeto de hidrogênio, HI (g) | 1,560 |
| Iodo,
|
19,325 |
| Iodo,
|
0 |
| Metano,
|
-50,768 |
| Monóxido de carbono, CO (g) | -137,163 |
| Metanol,
|
-166,27 |
| Metanol,
|
-161,96 |
| Nitrogênio,
|
0 |
| Oxigênio,
|
0 |
| Tetróxido de dinitrogênio,
|
97,787 |
| Trióxido de enxofre,
|
-371,016 |
Passo 1
O enunciado pede que se determine
e
para a reação
usando as pressões parciais fornecidas e os dados da Tabela 1, à temperatura
(ou seja
).
Dados fornecidos no enunciado (peguei estes números do enunciado):
-
. -
. -
. -
.
Dados da Tabela 1 (peguei estes valores da Tabela 1):
-
. -
. -
(estado padrão).
O que é pedido:
- Calcular
(energia de Gibbs de reação em condições padrão ). - Calcular
nas condições reais dadas (usando as pressões parciais dadas).
Passo 2
Fórmula e conceito para
.
Explicação didática: a energia de Gibbs padrão de reação
é calculada somando as energias de formação padrão dos produtos multiplicadas por seus coeficientes estequiométricos e subtraindo a soma análoga dos reagentes. Em fórmula:
onde
são os coeficientes estequiométricos (positivos para produtos, negativos para reagentes na outra convenção; aqui usamos o formato soma produtos menos soma reagentes).
Aplicando à reação
:
Agora substituímos os valores da Tabela 1 (peguei os valores da tabela conforme listado no Passo 1):
Passo 3
Cálculo numérico de
passo a passo.
Calcule o termo dos produtos:
Calcule o termo dos reagentes:
Subtraindo:
Portanto:
Comentário rápido: o sinal negativo grande indica que, em condições padrão (
), a reação é fortemente espontânea (termodinamicamente favorável) — mais detalhes sobre espontaneidade virão ao comparar com
nas condições reais.
Passo 4
Fórmula e conceito para
em condições não padrão.
Explicação didática: em qualquer condição a energia livre de reação relaciona-se à energia livre padrão por:
onde:
-
é a constante dos gases (em unidades compatíveis com ); usaremos . -
é a temperatura absoluta em kelvin ( ). -
é o quociente de reação definido por atividades dos produtos sobre atividades dos reagentes, com cada atividade elevada ao seu coeficiente estequiométrico:
Para gases ideais (ou quando se usa pressão parcial como atividade aproximada) a atividade é
com
. Assim
Passo 5
Cálculo de
com as pressões dadas (peguei estes valores do enunciado).
Substituindo
,
,
:
Calcule passo a passo:
Portanto:
Passo 6
Cálculo de
.
Primeiro calcule
em kJ:
Agora calcule
:
Multiplicando:
Passo 7
Cálculo final de
.
Usando
e os valores calculados:
Interpretação rápida:
nas condições dadas é ainda mais negativa que
, o que indica que, nas pressões dadas, a reação é também fortemente espontânea. O termo
foi negativo porque
(concentração/pressão dos produtos muito baixa comparada aos reagentes), o que torna a reação favorecida no sentido da formação de produtos.