Realize uma discussão sobre a espontaneidade da reação abaixo a
, utilizando todos os conhecimentos da Termodinâmica para explicar o processo.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente discutir se a reação abaixo é espontânea a 298 K, usando conceitos de Termodinâmica. A reação é:
Para resolver isso, vamos precisar entender os termos de entalpia (
), entropia (
) e a energia livre de Gibbs (
). Esses conceitos vão nos ajudar a determinar se a reação ocorre de forma espontânea.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre a entalpia (
). Ela indica se a reação libera ou absorve calor. No caso,
é negativo, o que significa que a reação é exotérmica: ela libera calor no ambiente.
Passo 3
Agora, vamos para a entropia (
), que mede a desordem do sistema. Infelizmente, o enunciado não nos dá
diretamente, mas podemos analisar a mudança no número de moléculas gasosas. Antes da reação, temos:
- 3 moléculas de CO
- 1,5 moléculas de O₂
Total: 4,5 moléculas gasosas
Depois da reação, temos:
- 3 moléculas de CO₂
Total: 3 moléculas gasosas
Como o número de moléculas gasosas diminui, a desordem do sistema também diminui, ou seja,
é negativo.
Passo 4
Com esses valores, vamos calcular a energia livre de Gibbs (
) usando a fórmula:
Aqui,
é a temperatura em Kelvin, que é 298 K.
Mas como não temos o valor exato de
, vamos analisar os sinais:
-
é negativo (-849 kJ) -
é negativo
Então, a equação fica:
Isso significa que o segundo termo (
) se torna positivo, porque dois negativos dão positivo.
Passo 5
Para determinar a espontaneidade, olhamos o sinal de
:
- Se
: Reação espontânea - Se
: Reação não espontânea
No nosso caso:
Dependendo da magnitude desses termos,
pode ser negativo ou positivo. Porém, como
é bastante negativo (-849 kJ) e normalmente o termo
não compensa tanto, podemos concluir que
provavelmente é negativo.
Resposta
A reação é espontânea a 298 K, já que a energia livre de Gibbs (
) resulta negativa devido à forte liberação de calor (
negativo) que supera a diminuição da desordem (
negativo).