3.5 Para quais dos seguintes processos são significativamente diferentes as medidas de \Delta U e \Delta H ?
(a) Fusão do \mathrm{CO}_{2} sólido, (b) Sublimação do naftaleno sólido (mudança diretamente para gás), (c) CaO sólido e \mathrm{CO}_{2} gasoso juntos para formar \mathrm{CaCO}_{3} sólido, (d) HCl gasoso e \mathrm{NH}_{3} gasoso combinados para formar \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl} sólido, (e) \mathrm{H}_{2} gasoso e \mathrm{Cl}_{2} gasoso combinados para formar HCl gasoso.

Passo 1

O enunciado pede para identificar em quais processos a variação de entalpia \Delta H difere “significativamente” da variação de energia interna \Delta U. O conteúdo envolvido é a relação termodinâmica entre \Delta U e \Delta H em processos a pressão constante, levando em conta o trabalho de expansão ou compressão de gases.

Passo 2

A relação geral entre entalpia e energia interna em um processo a pressão constante é
\Delta H = \Delta U + \Delta(PV).
Como para um gás ideal vale PV = nRT, temos
\Delta H = \Delta U + \Delta n_{\text{gás}}\,R\,T,á
onde \Delta n_{\text{gás}}á é a variação no número de mols de gás.

Passo 3

Vamos calcular \Delta n_{\text{gás}}á em cada processo:
(a) Fusão do \mathrm{CO}_2 sólido para líquido: não há fase gasosa envolvida, logo
\Delta n_{\text{gás}}=0á.
(b) Sublimação do naftaleno sólido para gás: do sólido vem 1 mol de gás, logo
\Delta n_{\text{gás}}=+1á.
(c) \mathrm{CaO}(s)+\mathrm{CO}_2(g)\to\mathrm{CaCO}_3(s): consome 1 mol de gás, então
\Delta n_{\text{gás}}=-1á.
(d) \mathrm{HCl}(g)+\mathrm{NH}_3(g)\to\mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}(s): consome 2 mols de gás, logo
\Delta n_{\text{gás}}=-2á.
(e) \mathrm{H}_2(g)+\mathrm{Cl}_2(g)\to2\,\mathrm{HCl}(g): reage 2 mols de gás e forma 2 mols de gás, portanto
\Delta n_{\text{gás}}=0á.

Passo 4

A diferença \Delta H - \Delta U = \Delta n_{\text{gás}}RTá será significativa apenas quando \Delta n_{\text{gás}}\neq0á. Portanto os processos com \Delta n_{\text{gás}}\neq0á são (b), (c) e (d).

Resposta

(b), (c) e (d)

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