h) O processo natural e espontâneo de cristalização é uma violação da Segunda Lei?

Passo 1

O enunciado pergunta se o processo natural e espontâneo de cristalização violaria a Segunda Lei da Termodinâmica. O conteúdo envolve entropia e a formulação da Segunda Lei em termos de variação total de entropia do universo (sistema + ambiente). Para responder, vamos analisar separadamente a variação de entropia do sistema (cristalização) e do ambiente (liberação de calor).

Passo 2

A Segunda Lei em sua forma de entropia diz que, para um processo espontâneo a temperatura constante, a variação total de entropia deve satisfazer
De<a Stotal = De<a Ssist + De<a Samb >= 0

Passo 3

Na cristalização ocorre uma ordenação das moléculas, de modo que a entropia do sistema diminui. Logo,
De<a Ssist < 0

Passo 4

Como a cristalização é um processo exotérmico, ela libera calor q para o ambiente à temperatura T. A entropia do ambiente aumenta conforme
De<a Samb = qambT
Mas qamb = -De<a Hsist>0, de modo que De<a Samb>0.

Passo 5

Para que o processo seja espontâneo, a energia liberada deve ser suficiente para que
De<a Stotal =De<a Ssist+De<a Samb >0
Na maioria das cristalizações espontâneas tem-se De<a Samb>|De<a Ssist|, garantindo De<a Stotal>0.

Resposta

Não. A cristalização espontânea não viola a Segunda Lei porque, embora a entropia do sistema diminua, o calor liberado ao ambiente aumenta sua entropia em valor maior, fazendo com que a entropia total do universo cresça.

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