Num teste químico simples, pode-se identificar a presença de uréia nos fertilizantes. A uréia sólida reage a quente com o hidróxido de sódio, liberando gás amônia (reconhecível pelo cheiro característico), como mostra a reação: \mathrm{CO}\left(\mathrm{NH}_{2}\right)_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{NaOH}(\mathrm{s}) \xrightarrow{\rightarrow} \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{~g})
a) Considerando essas informações e as da tabela a seguir, calcule a variação da energia livre ( \Delta \mathrm{G}^{\circ} ) da reação.
ENERGIAS LIVRES DE FORMAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS A 25^{\circ} \mathrm{C}
Substância
\Delta G_{f}^{\circ},(k J / m o l)
\mathrm{CO}\left(\mathrm{NH}_{2}\right)_{2}(s)
-203,8
\mathrm{NaOH}_{(\mathrm{s})}
-379,1
\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3(\mathrm{~s})}
-1047,9
\mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})}
-16,7
b) Para a reação, nas condições ambiente ( 25^{\circ} \mathrm{C} e 1,0 \mathrm{~atm} ), a variação de entalpia é \Delta H^{\circ}=-50,6 \mathrm{~kJ} por mol de uréia. Nessa reação, a desordem das partículas aumenta ou diminui? Justifique, com base nos cálculos necessários.
Passo 1
O enunciado apresenta a reação de identificação de uréia em fertilizantes via liberação de amônia:
Pede-se em (a) o cálculo de \Delta G^{\circ} da reação a 25^\circ\mathrm{C} usando os valores de energia livre de formação e em (b) analisar se a desordem (entropia) aumenta ou diminui, sabendo que \Delta H^{\circ}=-50,6\\ \mathrm{kJ} por mol de uréia.
Passo 2
Para calcular \Delta G^{\circ}_\mathrm{reação}çã usamos a definição
Como \Delta S^{\circ} é positivo (+230,6\\ \mathrm{J/K}), a desordem do sistema aumenta. Isso faz sentido pois antes não havia gases e depois aparecem 2 mols de \mathrm{NH}_3(g), aumentando o número de microestados.
Resposta
(a) \displaystyle \Delta G^{\circ}=-119,3\\ \mathrm{kJ}.
(b) A desordem aumenta, pois \Delta S^{\circ}=+230,6\\ \mathrm{J/K}>0, compatível com a formação de gás.