Explique e justifique todas as respostas das seguintes questões. Responda a cada item (
.) em forma separada. Escreva as respostas no computador ou à mão (neste caso, utilizando caneta escura) e depois poste as respostas no Moodle da disciplina em forma de um único documento PDF até as 23 h 59 min do dia de hoje (23/05/2022).
Se não tiver como compor o PDF diretamente do processador de texto (p.ex., Word) ou a partir de imagens (fotos), há aplicativos online para fazer isso. Por exemplo, o www.ilovepdf.com.
A transformação da água em gelo à temperatura de
é espontânea e irreversível. Por que ocorre espontaneamente? Por que é irreversível?
Se não tiver como compor o PDF diretamente do processador de texto (p.ex., Word) ou a partir de imagens (fotos), há aplicativos online para fazer isso. Por exemplo, o www.ilovepdf.com.
A transformação da água em gelo à temperatura de
Passo 1
Resumo do enunciado: a água líquida a –10 °C congela espontaneamente e esse processo é irreversível.
Conteúdo da matéria: Termodinâmica (energia livre de Gibbs, entalpia, entropia, segunda lei).
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: Termodinâmica (energia livre de Gibbs, entalpia, entropia, segunda lei).
O que vamos precisar:
- Definição de espontaneidade via ΔG e ΔS total.
- Cálculo qualitativo de ΔG para água → gelo a –10 °C.
- Entendimento de irreversibilidade pela 2.ª lei da Termodinâmica (ΔSuniverso>0) e pela necessidade de trabalho externo para inverter o processo.
Passo 2
Por que ocorre espontaneamente?
- Teoria: um processo é espontâneo se, à pressão constante, a variação de energia livre de Gibbs é negativa:
2) Para a água congelando:
- ΔH < 0 (libera calor ao se solidificar).
- ΔS < 0 (ordem aumenta, entropia do sistema cai).
3) Mesmo com ΔS negativa, a entalpia liberada é suficiente para que
Logo
ou seja, congelação espontânea.
Passo 3
Por que é irreversível?
- Segunda lei: para qualquer processo espontâneo isolado, a variação total de entropia do universo é positiva:
2) No congelamento:
- Sistema (água→gelo): ΔS<0.
- Vizinhança recebe calor, logo ΔS_vizinh >0 e em módulo maior que |ΔS_sis|.
Assim, ΔS_universo>0.
3) Para inverter sem aporte externo, precisaríamos retirar calor de um corpo mais frio (o gelo a –10 °C) e jogar num mais quente (a vizinhança), o que violaria a segunda lei.
4) Logo, sem trabalho externo (bomba de calor), não há como derreter o gelo à –10 °C; o processo é irreversível.
Resposta
A água congela espontaneamente a –10 °C porque
fica negativo (entalpia liberada supera a queda de entropia). É irreversível pois a variação total de entropia do universo é positiva e não existe modo espontâneo de transferir calor de um corpo mais frio para um mais quente sem trabalho externo, logo não ocorre a inversão do processo sem intervenção.