Relativamente às equações a seguir, fazem-se as seguintes afirmações:
I - C(grafite) é a forma alotrópica menos energética.
II - As duas reações são endotérmicas.
III - Se ocorrer a transformação de C (diamante) em C (grafite), haverá liberação de energia.
IV - C(diamante) é a forma alotrópica mais estável.
Qual (is) a(s) alternativa (s) correta(s)?
II - As duas reações são endotérmicas.
III - Se ocorrer a transformação de C (diamante) em C (grafite), haverá liberação de energia.
IV - C(diamante) é a forma alotrópica mais estável.
Qual (is) a(s) alternativa (s) correta(s)?
Passo 1
O enunciado dá duas reações de combustão do carbono (duas formas alotrópicas diferentes) com suas entalpias de reação:
As afirmações a avaliar são:
I — é a forma alotrópica menos energética.
II — As duas reações são endotérmicas.
III — Se ocorrer a transformação de em
, haverá liberação de energia.
IV — é a forma alotrópica mais estável.
I —
II — As duas reações são endotérmicas.
III — Se ocorrer a transformação de
IV —
Dados relevantes listados:
- As duas entalpias de combustão estão fornecidas (
com sinal e valores numéricos). - O produto de ambas as reações é o mesmo (
gasoso). - Precisamos decidir verdadeiro/falso para cada afirmação.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar o que significa o sinal de
(entalpia da reação) — isto é essencial para não confundir as ideias:
- A definição prática:
, onde é a entalpia (energia química em condições de pressão constante). - Se
(valor negativo), a reação é exotérmica: libera energia (calor) para o meio. Exemplo simples: combustão de madeira. - Se
(valor positivo), a reação é endotérmica: absorve energia do meio. Exemplo simples: decomposição térmica que precisa de calor.
Aplicando isso às reações dadas: como
de ambas é negativo (
e
kcal), isso indica que ambas as reações de combustão são exotérmicas (liberam calor). Já temos a resposta à afirmação II: ela diz que as duas são endotérmicas — isso será falso. Vou desenvolver por que a partir daqui.
Passo 3
Agora, como as duas reações têm o mesmo produto (
), podemos usar a equação
Rearranjando para achar a entalpia do reagente (a entalpia da forma alotrópica do carbono) obtemos:
Usando os valores fornecidos:
- Para a grafite:
- Para o diamante:
Observe que
é maior que
por exatamente
. Ou seja,
Passo 4
Interpretação física desta diferença:
- Um estado com entalpia menor é energeticamente mais baixo; na prática, para formas alotrópicas sólidas à mesma condição, a forma com menor entalpia é também a mais estável termodinâmicamente (em termos de energia interna/entalpia). (Observação: rigorosamente a estabilidade termodinâmica é dada pela energia livre de Gibbs, mas para sólidos elementares à mesma pressão/temperatura e sem variação de entropia significativa, comparar entalpias serve bem para questões desse tipo de prova.)
- Como
, a grafite é mais estável (tem menos energia armazenada) e o diamante é uma forma de maior energia.
Passo 5
Agora avaliamos cada afirmação com base no que já demonstramos:
I — "
é a forma alotrópica menos energética."
Explicação: como e
, a grafite tem menor entalpia que o diamante (diferença de
). Portanto a grafite é de fato a forma menos energética entre as duas. Conclusão: I é verdadeira.
Explicação: como
II — “As duas reações são endotérmicas.”
Explicação: ambos os são negativos (
e
kcal), logo ambas são exotérmicas, não endotérmicas. Conclusão: II é falsa.
Explicação: ambos os
III — “Se ocorrer a transformação de
em
, haverá liberação de energia.”
Explicação: entalpia da transformação é
Explicação: entalpia da transformação
Valor negativo indica liberação de energia (exotérmica) de
por mol. Portanto III é verdadeira.
IV — "
é a forma alotrópica mais estável."
Explicação: pelo raciocínio anterior, o diamante tem entalpia maior e, portanto, é menos estável que a grafite. Conclusão: IV é falsa.
Explicação: pelo raciocínio anterior, o diamante tem entalpia maior e, portanto, é menos estável que a grafite. Conclusão: IV é falsa.
Passo 6
Resumo final lógico: as afirmações verdadeiras são I e III; II e IV são falsas. Vou deixar isso bem direto na resposta final.
Resposta
I e III