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
Passo 3
Na cristalização ocorre uma ordenação das moléculas, de modo que a entropia do sistema diminui. Logo,
Passo 4
Como a cristalização é um processo exotérmico, ela libera calor
para o ambiente à temperatura
. A entropia do ambiente aumenta conforme
Mas
, de modo que
.
Passo 5
Para que o processo seja espontâneo, a energia liberada deve ser suficiente para que
Na maioria das cristalizações espontâneas tem-se
, garantindo
.
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.