A reação para a produção do combustível sintético “gás de água” a partir de carvão é
Calcule a energia livre padrão de reação a
. Assumindo que
e
não são afetados por mudanças de temperatura, calcule a temperatura na qual
.
Passo 1
O enunciado dá a reação
e pede duas coisas: (a) calcular a energia livre padrão de reação a
e (b) assumindo
e
independentes da temperatura, calcular a temperatura na qual
.\n
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: a equação química e a temperatura (que corresponde a
).\n
Como o enunciado não fornece valores termodinâmicos, vou usar valores padrão de formação e entropia à (tabelas padrão, por ex. NIST). Os valores que vou usar são listados no passo seguinte.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: a equação química e a temperatura
Como o enunciado não fornece valores termodinâmicos, vou usar valores padrão de formação e entropia à
Passo 2
Vou explicar as fórmulas que vamos usar (professor-amigo aqui, sem pressa):\n
- A entalpia padrão de reação é obtida somando as entalpias padrão de formação dos produtos e subtraindo as dos reagentes:
Cada
é a entalpia padrão de formação (normalmente em
).\n
- A variação de entropia padrão da reação é análoga, mas usando entropias molares:
com
em
.\n
- A energia livre de Gibbs padrão da reação a uma temperatura
é
Importante: devemos usar unidades compatíveis (por exemplo, converter
para
se
estiver em
).\n
- A temperatura onde
(assumindo e constantes) é
Passo 3
Agora escolho os valores padrão à
que vou usar (retirados de tabelas termodinâmicas padrão, por exemplo NIST). Vou declarar explicitamente cada número:\n
e
(Se preferir, os números podem variar ligeiramente dependendo da tabela; os passos abaixo mostram como proceder com qualquer conjunto de valores.)]
Passo 4
Cálculo de
. Usando a fórmula:
Substituindo os valores (em
):
Converto para joules por mol para compatibilidade com
:
Passo 5
Cálculo de
. Usando a fórmula:
Substituindo os valores (em
):
Passo 6
Cálculo de
a
(
). Usando
substituo os valores:
Faço a multiplicação:
logo
Convertendo para
:
Interpretação rápida:
a
, ou seja, sob condições padrão a reação não é espontânea a essa temperatura (precisa de aquecimento/condições não-padrão).
Passo 7
Calcular a temperatura onde
. Como explicado antes,
Substituindo os valores em unidades compatíveis:
Convertendo para graus Celsius:
Conclusão: acima de aproximadamente
(ou
) a reação torna-se termodinamicamente favorável no padrão (isto é,
) sob as hipóteses do enunciado.