A energia livre padrão da reação para
(g) é
a 298 K . Qual a energia livre de reação quando as pressões parciais dos gases são
? Qual a direção espontânea da reação?
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Calcular a energia livre de reação nas condições dadas (pressões parciais especificadas).
- Dizer qual é a direção espontânea da reação nessas condições.
Dados fornecidos (peguei estes números do enunciado):
-
à . -
. -
.
Reação:
.
Passo 2
Fórmula fundamental que vamos usar (a “fórmula-flag” para energia livre fora das condições padrão):
Explicando cada termo:
-
é a energia livre de reação nas condições dadas (queremos isso). -
é a energia livre padrão (dada no enunciado). -
é a constante dos gases: . -
é a temperatura absoluta em kelvin (aqui ). -
é o quociente de reação (aqui em termos de pressões parciais para gases). Para a reação dada:
Observação importante: como usamos pressões relativas (todas em bar), as unidades se cancelam em
— basta usar as mesmas unidades para todas as pressões.
Passo 3
Calcular o quociente de reação
com os dados:
Passo 4
Preparar unidades e constantes para o termo
.
- Converter
para joules por mol (para ficar consistente com em J): . - Calcular
:
- Calcular
:
(essas contas de log podem ser feitas numa calculadora na prova; se precisar estimar sem calculadora, usar tabelas ou aproximações logarítmicas.)
Passo 5
Calcular o termo
:
Passo 6
Agora aplicar a fórmula completa:
Passando para kJ·mol^{-1}:
Passo 7
Interpretação da direção espontânea:
- Se
: reação espontânea no sentido direto (formação de produtos). - Se
: reação NÃO é espontânea no sentido direto; espontânea no sentido inverso (formação de reagentes).
Aqui
, logo a reação NÃO é espontânea no sentido
. A direção espontânea é a inversa, isto é, deslocamento para formar
(consumo de
).
(Ambos os testes — sinal de
e comparar
com
— dão a mesma conclusão. Por exemplo,
; como
, o sistema desloca para a esquerda.)
Resposta
Direção espontânea: para a esquerda (reação inversa, formação de