Questão 4: Qual a entalpia envolvida no processo de resfriamento da água a
dado que
com
e
Passo 1
O enunciado pergunta: “Qual a entalpia envolvida no processo de resfriamento da água a
?”
Dados fornecidos (por mol):
Dados fornecidos (por mol):
Observações imediatas extraídas do enunciado: tenho a entalpia de transição líquido→sólido (à temperatura de
) e os calores específicos molares de líquido e sólido. O processo “resfriamento da água a
” implica que a água final está em estado sólido a
. Vou trabalhar com uma mola (unidade molar) do sistema.
Passo 2
Estratégia (explicação do porquê dos passos): entalpia é uma função de estado, então posso decompor o caminho real em etapas mais simples e somar as entalpias dessas etapas (princípio de Hess). O caminho natural para levar água líquida à
é: primeiro congelar a
(pois a mudança de fase ocorre a
nas condições dadas), e depois resfriar o gelo de
para
. Assim a entalpia total será a soma da entalpia de solidificação (dada) mais a entalpia associada ao resfriamento do sólido. Vou detalhar cada etapa e os conceitos usados.
Passo 3
Conversão de temperaturas e interpretação física:
O processo considerado (por 1 mol) é:
-
(solidificação isoterma) -
(resfriamento do gelo)
Passo 4
Entalpia da solidificação (etapa 1): o enunciado dá diretamente a entalpia padrão dessa transformação à
. Portanto, para 1 mol,
Interpretação didática: sinal negativo significa que o processo libera calor (exotérmico) quando o líquido vira sólido à
.
Passo 5
Fórmula para entalpia de aquecimento/resfriamento (revisão): para uma substância cuja capacidade calorífica molar
pode ser considerada constante no intervalo de temperatura considerado, a variação de entalpia ao mudar a temperatura de
para
é
Aqui
tem unidades de
,
em
, e
resultará em
. Essa fórmula é válida porque estamos usando
constante no pequeno intervalo de
.
Passo 6
Cálculo da entalpia de resfriamento do gelo (etapa 2): aplicando a fórmula com
,
,
,
Calculemos a diferença de temperatura:
Portanto,
Interpretação: também é negativo (o gelo perde entalpia ao ser resfriado).
Passo 7
Soma das contribuições (Hess): entalpia total do processo (liquido a
→ gelo a
) é
Substituindo os valores:
Passo 8
Verificação rápida de unidades e sinal: unidades estão coerentes (
). Sinal negativo indica que o processo libera
por mol — faz sentido físico: liberar energia ao congelar e ao resfriar o sólido.