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 \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 pergunta em quais processos a diferença entre as variações de entalpia \Delta H e de energia interna \Delta U é significativa. O conteúdo envolvido é a relação termodinâmica entre \Delta H e \Delta U em processo a pressão constante, para a qual precisamos da fórmula
\Delta H - \Delta U = \Delta n_{\rm gas}\,R\,T
onde \Delta n_{\rm gas} é a variação do número de mols de gás, R é a constante dos gases e T a temperatura.

Passo 2

Derivando rapidamente a relação: em processo a pressão constante,
\Delta H = \Delta U + \Delta(pV) = \Delta U + p\,\Delta V + V\,\Delta p\,.
Como \Delta p=0 e usando p\,\Delta V = \Delta n_{\rm gas}\,R\,T, obtemos
\Delta H - \Delta U = \Delta n_{\rm gas}\,R\,T.
Logo, sempre que \Delta n_{\rm gas}\neq 0, há diferença entre \Delta H e \Delta U.

Passo 3

Agora, para cada processo, computamos \Delta n_{\rm gas}:
(a) Fusão do \mathrm{CO_2} sólido \to líquido:
\Delta n_{\rm gas}=0-0=0.
(b) Sublimação do naftaleno sólido \to gás:
\Delta n_{\rm gas}=1-0=+1.
(c) \mathrm{CaO(s)}+\mathrm{CO_2(g)}\to\mathrm{CaCO_3(s)}:
\Delta n_{\rm gas}=0-1=-1.
(d) \mathrm{HCl(g)}+\mathrm{NH_3(g)}\to\mathrm{NH_4Cl(s)}:
\Delta n_{\rm gas}=0-2=-2.
(e) \mathrm{H_2(g)}+\mathrm{Cl_2(g)}\to 2\,\mathrm{HCl(g)}:
\Delta n_{\rm gas}=2-2=0.
Só nos casos (b), (c) e (d) temos \Delta n_{\rm gas}\neq 0, gerando \Delta H\neq\Delta U.

Resposta

(b), (c) e (d)

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