Sem realizar cálculos, diga se a entropia do sistema aumenta ou diminui durante cada um dos seguintes processos:
oxidação do nitrogênio:
Explique seu raciocínio.
oxidação do nitrogênio:
Explique seu raciocínio.
Passo 1
O enunciado pede: sem realizar cálculos, decidir se a entropia do sistema aumenta ou diminui para a reação
.
Informações dadas e óbvias a partir do enunciado:
Informações dadas e óbvias a partir do enunciado:
- Todas as espécies estão no estado gasoso:
, , . - Número de moléculas/penas de gás (este é um dado importante qualitativo): do lado dos reagentes há
mols de gás por unidade da reação escrita; do lado dos produtos há mols de gás por unidade da reação escrita.
Passo 2
Conceito qualitativo de entropia (explicação didática e simples).
- Entropia é uma medida do “desordem” ou, mais precisamente, do número de microestados acessíveis ao sistema. Formalmente, pode escrever-se a relação de Boltzmann:
onde
é a entropia,
é a constante de Boltzmann e
é o número de microestados compatíveis (maneiras distintas de arranjar as partículas mantendo as condições macroscópicas).
- Para gases, a contribuição translacional (movimento das partículas pelo espaço) costuma ser a mais importante para
. Em termos simples: mais partículas livres para se mover num mesmo volume significam mais maneiras de arranjá‑las e portanto maior entropia.
Passo 3
Relação qualitativa entre número de partículas gasosas e entropia.
- Mantendo temperatura e volume (ou pressão e temperatura) do sistema, aumentar o número de moléculas gasosas tende a aumentar a entropia porque há mais partículas independentes que podem ocupar diferentes posições e momentos — isto aumenta
. - Inversamente, reduzir o número de moléculas gasosas tende a reduzir a entropia do sistema, pois há menos partículas translacionais contribuindo para as combinações possíveis.
Passo 4
Aplicação direta ao caso concreto (sem cálculos).
- Na reação dada, o número total de mols de gás diminui de
(reagentes) para (produtos). - Essa redução no número de partículas gasosas reduz a capacidade do sistema de explorar estados translacionais distintos, ou seja, reduz o número de microestados
associados ao movimento das partículas. - Há uma possível contra‑argumentação: cada molécula de
é mais complexa que ou , logo seu entropia molar interna pode ser maior; porém, qualitativamente e sem cálculos, a diminuição do número total de partículas gasosas costuma dominar nesse tipo de reação e leva a uma diminuição líquida da entropia do sistema.
Passo 5
Resumo final do raciocínio em uma frase (motivação para prova): como há menos mols de gás nos produtos que nos reagentes, o número de microestados translacionais disponíveis diminui; portanto a entropia do sistema diminui.
Resposta
A entropia do sistema diminui.