Questão 13. A reação de dissociação do dióxido de nitrogênio
a 300 K é dada por
. Em condições padrão (1 atm e 300 K ), os dados termodinâmicos são:
Espécie |
|
|
---|---|---|
|
33,2 | 240,1 |
|
90,3 | 210,7 |
|
0 | 205,2 |
a) Calcule
e
padrão da reação a 300 K. b) Determine a variação de volume esperada caso a reação vá para
de conversão, supondo comportamento de gás ideal. c) Calcule o trabalho de expansão realizado sobre o sistema durante a reação até
de conversão, supondo pressão constante. d) Analise se a reação é espontânea em condições padrão e como o aumento de volume influencia a entropia do universo. e) Explique como o sistema e a vizinhança contribuem para a Segunda Lei da Termodinâmica nesse caso.
Passo 1
O enunciado trata da reação de dissociação
a
e
. Precisamos calcular as variações padrão de entalpia, entropia e energia livre (
,
,
), depois estimar a variação de volume para
% de conversão (gás ideal), o trabalho de expansão a pressão constante, e por fim analisar espontaneidade e contribuição de sistema e vizinhança à Segunda Lei.
Passo 2
Para qualquer reação
usando os dados em tabela:
ou
.
Passo 3
Para
% de conversão, tome base de
mol de
. Consome-se
mol, restam
mol de
, formam-se
mol de
e
mol de
.
A
,
,
Passo 4
O trabalho de expansão a pressão constante (sistema realizando trabalho sobre vizinhança) é
Convertendo para joule (
):
O trabalho realizado sobre o sistema (positivamente) é
.
Passo 5
A reação padrão apresenta
, logo não é espontânea em condições padrão.
Em termos de entropia do universo:
Em termos de entropia do universo:
Portanto, não espontânea. O aumento de volume (mais mols de gás) contribui positivamente para
, mas o efeito de absorver calor (entalpia positiva) na vizinhança domina e torna
negativo.
Passo 6
Na visão da Segunda Lei:
– Sistema: ganha entropia porque gera mais mols de gás ( ).
– Vizinhança: perde entropia pois o processo é endotérmico ( ).
O balanço ( ) indica que, nessas condições, o processo não é favorável sem aporte externo de trabalho ou energia.
– Sistema: ganha entropia porque gera mais mols de gás (
– Vizinhança: perde entropia pois o processo é endotérmico (
O balanço (
Resposta
a)
,
,
.
b) (para
% de conversão).
c) .
d) Não é espontânea ( ); o aumento de volume eleva
, mas a vizinhança perde mais entropia por absorver calor.
e) O sistema aumenta sua entropia criando mais mols de gás; a vizinhança perde entropia porque fornece calor ao sistema; o resultado líquido ( ) impede a espontaneidade.
b)
c)
d) Não é espontânea (
e) O sistema aumenta sua entropia criando mais mols de gás; a vizinhança perde entropia porque fornece calor ao sistema; o resultado líquido (