(a) Por que ocorre o processo de osmose? (explicar em termos termodinâmicos).
Passo 1
Beleza, vamos lá! O que a gente tem aqui é uma pergunta sobre osmose. A osmose é um processo que acontece quando a água se move através de uma membrana semipermeável. A matéria envolvida aqui é termodinâmica, que estuda como energia e calor se comportam em sistemas. Para resolver isso, a gente vai precisar entender conceitos básicos de termodinâmica e como eles se aplicam à movimentação da água na osmose.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é osmose. Imagine que você tem duas soluções com concentrações diferentes de soluto (tipo açúcar ou sal) separadas por uma membrana que deixa passar apenas as moléculas de água. A água vai se mover da região com menor concentração de soluto para a região com maior concentração de soluto. Isso acontece para igualar as concentrações dos dois lados.
Passo 3
Agora, trazendo a termodinâmica para a equação. A água tende a se mover de onde a energia livre é mais alta para onde é mais baixa. Energia livre, simbolizada por $ G $, é uma medida de quanta energia está disponível para fazer trabalho. Na osmose, a água se move para equilibrar o potencial químico, que está relacionado à concentração de soluto.
Passo 4
Vamos falar de entropia ($ S
G = H - TS $), onde $ H $ é a entalpia e $ T $ é a temperatura. Quando a água se move através da membrana, está aumentando a entropia do sistema porque está distribuindo as moléculas de água de maneira mais uniforme. Esse aumento na entropia torna o processo espontâneo, ou seja, favorece a ocorrência da osmose.
Passo 5
Além disso, a osmose está relacionada à diminuição da energia livre total do sistema. Ao igualar as concentrações dos dois lados da membrana, o sistema atinge um estado de equilíbrio onde a energia livre é minimizada. Esse equilíbrio termodinâmico é o que faz com que a água pare de se mover indefinidamente e estabilize as concentrações.
Resposta
Então, resumindo, a osmose ocorre porque, do ponto de vista termodinâmico, a água se move através de uma membrana semipermeável para minimizar a energia livre do sistema, aumentando a entropia e igualando as concentrações de soluto dos dois lados da membrana.