Questão 12. O processo de dissolução do cloreto de amônio sólido ( NH4 Cl(s) ) em água a 25^circ C é conhecido por ser endotérmico e resultar no resfriamento do sistema. Considere o seguinte: Entalpia padrão de dissolução: De<a H^circ=+14,8 kJ / mol e entropia padrão de dissolução: De<a S^circ=+108,7 J / mol K. a) Calcule a variação da energia livre de Gibbs ( De<a G^circ ) para o processo a 25^circ C. b) Determine se o processo é espontâneo nessas condições. c) Analise separadamente as variações de energia para o sistema e para a vizinhança. d) Discuta, com base nos seus resultados, como a dissolução ocorre em termos de segunda lei da termodinâmica. e) Interprete fisicamente por que o sistema resfria ao mesmo tempo em que o processo é espontâneo.

Passo 1

O enunciado trata da dissolução endotérmica de NH4Cl(s) em água a 25^circC, com
De<a H^circ=+14,8 kJ/mol e De<a S^circ=+108,7 J/(molcdotK).
Precisamos calcular:
a) De<a G^circ a 25^circC;
b) espontaneidade do processo;
c) variações de energia no sistema e na vizinhança;
d) conexão com a segunda lei da termodinâmica;
e) por que resfria mesmo sendo espontâneo.

Passo 2

Para (a) usamos a relação
De<a G^circ ;=;De<a H^circ-T,De<a S^circ
Convertendo De<a H^circ=+14,8 kJ/mol=+14800 J/mol e T=25^circC=298,15 K, temos
De<a G^circ =14800 - 298,15times108,7 =14800 - 32406,7 =-17606,7 J/mol approx -17,6 kJ/mol

Passo 3

Como De<a G^circapprox-17,6 kJ/mol<0, o processo é espontâneo a 25^circC.

Passo 4

Variações de energia para 1 mol:
– Sistema: De<a Hrm sys=+14800 J (absorve calor).
– Vizinhança: De<a Hrm viz=-14800 J (cedeu esse calor).
A variação de entropia da vizinhança é
De<a Srm viz=-De<a Hrm sysT =-14800298,15 approx -49,7 J/(molcdotK)

Passo 5

A segunda lei exige De<a Srm uni=De<a Srm sys+De<a Srm viz>0. Aqui
De<a Srm uni =+108,7 + (-49,7) =+59,0 J/(molcdotK)>0,
confirmando a espontaneidade.

Passo 6

Fisicamente, a dissolução aumenta muito a desordem ( De<a Srm sys>0) e vence o custo entálpico ( De<a H>0). Para ocorrer, o sistema retira calor da solução, fazendo a temperatura cair, mas, como o ganho de entropia é maior que a perda na vizinhança, o processo é espontâneo.

Resposta

a) De<a G^circapprox -17,6 kJ/mol
b) Espontâneo ( De<a G^circ<0).
c) Sistema absorve +14800 J; vizinhança cede -14800 J e perde -49,7 J/(molcdotK) de entropia.
d) De<a Srm uni=+59,0 J/(molcdotK)>0, satisfazendo a segunda lei.
e) O resfriamento ocorre porque a dissolução endergônica retira calor do meio, mas o grande aumento de entropia torna o processo espontâneo.

Exercícios relacionados