Entropia e Energia Livre de Gibbs
A fuso do gelo um exemplo de processo espontneo que ocorre na
natureza e que resulta em um aumento da entropia de um sistema
A entropia ou funo S foi introduzida em 1865 por Clausius e uma
grandeza termodinmica que mede a organizao de um sistema. Um
sistema organizado apresenta baixa entropia enquanto um sistema
desorganizado apresenta elevada entropia.Observe os seguintes
fatos:a)derreter gelo num copo dgua.
b) abrir uma torneira que liga dois recipientes sendo um com gs
e outro tendo vcuo.
Observa-se na prtica que os fenmenos inversos no ocorrem
espontaneamente. Mas, por qu?A resposta dada pelo 2 Princpio da
Termodinmica que diz:
Dessa forma temos:
A tendncia espontnea dos sistemas de adquirirMAIOR ENTROPIA:
IMPORTANTE1)Uma substncia no estado cristalino tem entropia mais
baixa, pois, no cristal, as molculas ou ons esto ordenados
geometricamente nos ns do retculo.2)Uma substncia no estado lquido
tem entropia maior que no estado slido, porque, no estado lquido as
partculas esto distribudas ao acaso (desordem).3)Uma substncia no
estado gasoso tem entropia maior que no estado lquido.Logo, ficamos
com:
4) A dissoluo de um slido em um determinado lquido se faz com
aumento de entropia, pois as molculas ou ons do slido ficam
caoticamente distribudos no solvente passando a um estado mais
desorganizado.5) A mistura de dois gases tambm desorganiza o
sistema e aumenta sua entropia. Imaginemos a sada de um estdio de
futebol. Praticamente seria impossvel obter espontaneamente uma
sada organizada, a tendncia ocorrer a mais desorganizada possvel,
ou seja, a de mxima entropia.Portanto podemos concluir que:
ENERGIA LIVRE OU DE GIBBSA variao de energia de uma transformao
que utilizvel ou disponvel para realizar um trabalho, damos o nome
devariao de energia livre (G).Imagine, por exemplo, uma reao que
libera calor (energia).Se uma parte dessa energia for gasta no
trabalho de pr em ordem as molculas finais da reao, sobrar apenas a
diferena da energia para realizar algum trabalho que nos seja
til.Como calculado o trabalho para colocar as molculas em
ordem?Todos ns sabemos que colocar as coisas em ordem arrumar os
mveis de uma sala, os livros numa prateleira, etc. d trabalho, ou
seja, gasta energia. Desta forma, alguns cientistas calcularam que
para arrumar as molculas se gasta umaenergia de organizao, que
igual aoproduto da temperatura absoluta pela variao de entropia
sofrida pelo sistema: T . S.Resumindo temos:Energia liberada pela
reao: HEnergia gasta na organizao: T . SSaldo de energia
aproveitvel: H T . S
Esse saldo denominadoENERGIA LIVRE(ou Energia de Gibbs ou
Energia til), e representado por G:
Exemplo:H2(g) + O2(g)H2O()Em que: H = - 68,3 kcal/mol e S = - 39
kcal/molO que nos permite calcular:- A energia liberada na reao: H
= - 68,3 kcal/mol = - 68.300 cais/mols- A energia gasta para montar
as molculas de H2O e agrup-las no estado lquido:T . S = 298 . (-
39) = - 11.622 kcal/mol- Saldo de energia (energia til para
realizar trabalho):G = H T . SG = - 68.300 + 11.622G = - 56.678
kcal/mol
Graficamente, temos:
ESPONTANEIDADE DE UM PROCESSODois fatores vo dizer se um
processo espontneo ou no:a) Os sistemas tendem para um estado de
mais baixa energia.Tendncia:H = ou HP< HRb) Os sistemas tendem
para um estado de maior desorganizao.Tendncia:T . S = +Variao de
energia livre (G) o balano entre essas duas variaes.G = H T . S
Transformao espontnea (G < 0)A energia livre diminui.A
transformao capaz de libertar energia til (reao exergnica).
Transformao no espontnea (G > 0)A energia livre aumenta.A
transformao no capaz de libertar energia til (reao endergnica). A
transformao s possvel pelo fornecimento de trabalho ao sistema.
Equilbrio qumico (G = 0)Como G = 0, logo ficamos com: H = T .
SIsto significa que o processo no evolui.De um modo geral,
analisando a frmula:G = H T . SPodemos concluir que qualquer
sistema tende para ummnimo de entalpia(H mais negativo possvel) e
para ummximo de entropia(S mais positivo possvel).Com isso ficamos
com:
IMPORTANTE- Tanto as reaes exotrmicas como as endotrmicas podero
ser espontneas dependendo do sinal de G e no do H.- |H| grandee
pouco afetado pela temperatura.- |S| pequenoe pouco afetado pela
temperatura.Sendo assim:- Emtemperaturas(T)baixas, T . S influi
pouco; H torna-se dominante e G tem o mesmo sinal de H; nesse caso,
uma reao exotrmica (H < 0) tem muita possibilidade de ser
espontnea (G < 0).- Emtemperaturas(T)altas, T . S aumenta,
podendo inclusive acontecer |T . S| > |H|; por este motivo,
muitas reaes tornam-se espontneas em temperaturas altas.
Exemplo:C(grafite) + 2 S(rmbico)CS2(g)Nessa reao temos:H = +
27.500 cais/molsS = + 40,2 cal/K . molEm temperatura ambiente: 25C
(298 K)Sabendo que: G = H T . SSubstituindo os dados na frmula
teremos:G = 27.500 298 . 40,2G = + 15.520 cal/molO valor G > 0
mostra definitivamente que a reao no espontnea.Entretanto, em
temperaturas superiores a 412C (685 K) temos:T . S = 685 . 40,2 = +
27.537 cal/molEste valor supera o H = + 27.500 cal/mol, tornando o
G < 0 e, consequentemente, tornando a reao espontnea.Resumindo
temos:- Quando H for negativo e S positivo, a reao ser sempre
espontnea.- Quando H for negativo e S negativo, a reao s ser
espontnea em temperaturas baixas.- Quando H for positivo e S
positivo, a reao s ser espontnea em temperaturas altas.- Quando H
for positivo e S negativo, a reao nunca ser espontnea.
Exerccios sobre Entropia Termoqumica01. Num teste qumico
simples, pode-se identificar a presena de ureia nos fertilizantes.
A ureia slida reage a quente com o hidrxido de sdio, liberando gs
amnia (reconhecvel pelo cheiro caracterstico), como mostra a
reao:a) Considerando essas informaes e as da tabela abaixo, calcule
a variao da energia livre (G) da reao.
b) Para a reao, nas condies do ambiente (25 C e 1,0 atm), a
variao de entalpia H = -50,6 kJ por mol de ureia. Nessa reao, a
desordem das partculas aumenta ou diminui?Justifique, com base nos
clculos necessrios.02. (UFPE) Na(s) questo(es) a seguir escreva nos
parnteses a letra (V) se a afirmativa forverdadeira ou (F) se for
falsa. A queima de combustvel no interior de motores pode ocorrer
de forma incompleta e produzir monxido de carbono, um gs
extremamente txico, ao invs de CO2, que produzido na queima
completa. Para evitar a emisso desse gs, alguns automveis so
equipados com um catalisador que promove a queima do monxido de
carbono, convertendo-o em dixido de carbono.Tornando-se como modelo
de combustvel o n hexano (C6H14) para o qual o calor padro de
combusto de -4163 kJ.mol-1 e sabendo-se que:
Pode-se afirmar que:(___) A converso de CO em CO2
endotrmica.(___) O calor liberado na converso de CO em CO2 menor
que 300 kJ.mol-1.(___) esperado que a converso de CO em CO2, ocorra
com um abaixamento de entropia.(___) A queima completa do n-hexano
libera mais calor que a queima incompleta.(___) A combusto completa
do n-hexano exotrmica.03. Um bquer de vidro, com meio litro de
capacidade, em condies normais detemperatura e presso, contm 300 mL
de gua lquida e 100 g de gelo em cubos.Durante o processo de fuso
do gelo nas condies do sistema descrito no texto (273 K e 1,0
atm),deve ocorrera) aumento de entropia e diminuio de entalpia.b)
diminuio de entalpia e de entropia.c) diminuio de entropia e
aumento de entalpia.d) aumento de entalpia e de entropia.04. Entre
as transformaes a seguir, a que deve ocorrer com maior aumento de
entropia, no sentido reagentes produtos
05. O processo de decomposio de perxido de hidrognio, H2O2,
resulta na formao de gua e oxignio. Em relao a esse processo
considere que sejam feitas as seguintes afirmaes:I - Todas as
molculas de H2O2 so reduzidas.II - Todas as molculas de H2O2 so
oxidadas.III - A variao da energia livre de Gibbs positiva.IV -
Metade das molculas de H2O2 reduzida e a outra metade oxidada.Qual
das opes a seguir se refere (s) afirmao(es) CORRETA(S)?a) I.b)
II.c) III.d) IV.e) III e IV.06. Considere o cilindro de um motor de
combusto interna (motor de automvel) onde o octano, no estado
gasoso, sofre combusto, gerando produtos no estado gasoso.A expanso
da cmara de combusto, com o consequente deslocamento do pisto,
deve-sea) energia de vaporizao dos produtos.b) s mudanas de estado
fsico entre reagentes e produtos.c) ao deslocamento do equilbrio,
em direo aos produtos.d) diminuio da entropia no processo.e) ao
aumento no nmero de molculas.07. (UFPE) A solubilidade da sacarose
(C12H22O11) em gua aumenta com a temperatura, enquantoa do sulfato
de ltio (Li2SO4) diminui com o aumento da temperatura. Isto ocorre
porque:a) a sacarose um composto covalente e o sulfato de ltio um
composto inico.b) a dissoluo da sacarose endotrmica e a do sulfato
de ltio exotrmica.c) a gua funciona como cido de Brnsted e reage
exotermicamente com o sulfato de ltio.d) a sacarose no dissolve
facilmente em gua por ser um composto covalente e o sulfato de ltio
dissolve facilmente em gua por ser um composto inico.e) a dissoluo
do sulfato de ltio aumenta a entropia.08. (FAAP) Verifica-se em
laboratrio que a preparao de uma soluo aquosa de H2SO4 poradio
deste gua, causa um aumento na temperatura da soluo quando
comparada com atemperatura original do solvente. Trata-se,
portanto, de um processo:a) endotrmicob) exotrmicoc) isotrmicod)
sem variao de energia livree) sem variao de entalpia.09. (UEL) Das
alternativas adiante, qual representa a mudana de estado fsico que
ocorre emconsequncia do aumento da entropia do sistema?
10. (UFES) Acerca da reao abaixo,
so feitas as seguintes afirmaes:I - a reao espontnea a 25C e
1atm;II - um aumento na temperatura torna a reao mais espontnea;III
- a entropia padro do H2 a 25C zero;IV - a reao ocorre com absoro
de calor.Sendo dados
esto CORRETAS as afirmaesa) I e II. b) I e III. c) II e III. d)
II e IV. e) III e IV.11. (UFG) As equaes qumicas a seguir
representam a mesma reao em condies experimentais diferentes.
Essas equaes representam reaes quea) ocorrem com v1 = v2.b)
ocorrem com variao de entropia.c) produzem a mesma quantidade de
energia.d) so endotrmicas.e) sofrem reduo de volume.12. (UFPE)
Considere as afirmaes abaixo:1. A areia molhada possui entropia
maior que a areia seca.2. A condensao do vapor-d'gua um processo
exotrmico.3. A fuso do gelo um processo endotrmico.4. A evaporao da
gua um processo endotrmico Qual (is) da(s) afirmao(es) acima melhor
explica(m) o fato de que, numa praia do Recife, PE,a areia molhada
mais fria que a areia seca.a) 1 e 3 apenasb) 2 e 3 apenasc) 4
apenasd) 3 apenase) 2 apenas13. (UFPE) A variao de entropia de
processos fsicos e qumicos importante para aespontaneidade dos
mesmos. Os processos a seguir apresentam variao positiva de
entropia:(____) cristalizao de um slido a partir da soluo(____)
evaporao do metanol(____) precipitao de AgCl a partir de uma soluo
aquosa de AgNO3 e NaCl(____) (____) fuso do sdio metlico14. (UFPE)
Considere as equaes qumicas escritas a seguir.
Com base nos dados acima, pode-se afirmar que:(____) (I)
representa uma reao onde ocorre aumento de entropia.(____) (II)
representa uma reao qumica espontnea.(____) todas as equaes
representam reaes de oxi-reduo.(____) (III) representa uma reao
qumica fortemente endotrmica, nas condies padro.(____) as trs
equaes acima so equaes termoqumicas.15. (UFPI) Alm de aumentar a
estabilidade trmica da alumina (Al2O3), o crio (Ce), quandopresente
na composio de catalisadores automotivos, tem uma grande importncia
de proteo ambiental. Nesse caso, o elemento Ce tem a capacidade de
estocar oxignio (O2), reduzindo a emisso de gases txicos. Com base
na informao acima, marque a alternativa correta.a) A estabilidade
trmica da alumina devido ao baixo ponto de fuso do Ce.b) A emisso
dos gases txicos provoca um decrscimo de entropia do ambiente.c) A
reao de combusto formadora dos gases txicos endotrmica.d) A
estabilidade trmica aumenta quando a energia livre diminui.e) O
trabalho realizado pelo catalisador ser igual variao de energia
interna.16. (UFRN) Um estudante deveria propor, como tarefa
escolar, um processo de reciclagem de gs carbnico (CO2), um dos
responsveis pelo efeito estufa. Admitiu, ento, a possibilidade de
ocorrer a transformao dessa substncia em metano, em condies normais
de temperatura e presso, de acordo com a equao a seguir: CO2(g) +
4H2 (g) CH4 (g) + 2H2 O(l) . Para avaliar os sinais das variaes de
entropia (S) e entalpia (H) da reao, o estudante usouas informaes
contidas, respectivamente, na equao acima e no quadro seguinte:Para
avaliar os sinais das variaes de entropia (S) e entalpia (H) da
reao, o estudante usouas informaes contidas, respectivamente, na
equao acima e no quadro seguinte:
Aps esses procedimentos, concluiu corretamente que:
17. (UFPE) A determinao da espontaneidade de transformaes
qumicas importante para a viabilizao econmica de processos qumicos,
bem como para a compreenso de fenmenos naturais, em particular,
processos biolgicos. A reao de quantidades estequiomtricas de
hidrxido de brio slido com nitrato de amnio slido, descrita pela
equao qumica a seguir, capaz de resfriar, at cerca de - 20C, o
recipiente que contm as espcies qumicas.
Esta reao espontnea porque ocorre:a) um aumento da energia de
Gibbs (energia livre).b) um aumento da entropia.c) uma diminuio da
entropia.d) uma diminuio da entalpia.e) uma mudana de fase.18.
(UFPE) O grfico ilustra a variao da energia livre ao longo de uma
reao qumica, que ocorreem duas etapas:Etapa I: A BEtapa II: B C
A partir da anlise do grfico julgue as alternativas a
seguir:(____) a etapa I espontnea(____) a etapa II a etapa
determinante da velocidade da reao global(____) a substncia B um
intermedirio da reao(____) a reao global A C espontnea(____) a reao
inversa C B apresenta energia livre de Gibbs de ativao igual a 20
kJ/mol19.( SSA/UPE - 2 ANO 2015 - 2 dia) Observe o esquema,
considerando que se trata de engrenagens, significando que h troca
de energia entre elas. O esquema indica uma representao dos
processos bioqumicos. Em (I), tem-se o processo de transformao dos
alimentos; em (II), tem-se a converso do difosfato de adenosina
(ADP) em trifosfato de adenosina (ATP) a partir da reao com fosfato
(P); em (III), tem-se a transformao do ATP em ADP e fosfato; e em
(IV), tem-se um processo bioqumico qualquer, necessrio manuteno da
vida.
Considerando a variao da energia livre de Gibbs (G) de cada
processo, assinale a alternativa que apresenta as relaes
CORRETAS.a) I G < 0; II G < 0; III G > 0; IV G < 0b) I
G > 0; II G > 0; III G < 0; IV G < 0c) I G < 0; II G
> 0; III G < 0; IV G > 0d) I G > 0; II G > 0; III G
< 0; IV G > 0e) I G < 0; II G < 0; III G > 0; IV G
> 020.( SSA/UPE - 2 ANO 2015 - 2 dia) Observe, na charge, como
ficou o escritrio alguns dias aps a ltima arrumao.
Assinale a alternativa que apresenta o mesmo tipo de variao
energtica trazido na charge, emrelao grandeza termodinmica
destacada.a) Liquefao do oxigniob) Congelamento do etanolc)
Dissoluo do cloreto de sdio em guad) Formao da ferrugeme) Obteno da
gua a partir de substncias simples.
Gabarito
01. a) Go = G(produtos) - G(reagentes)Go = [- 1047,9 + 2(-
16,7)] - [- 203,8 + 2(- 1266,8)]Go = + 1656,10 kJb) G = H - T. S+
1656,10 = - 50,6 - 298 SS = (- 1656,10 - 50,6)/298 = - 5,73S = -
5,73S < 0, logo ocorre uma diminuio de entropia, ou seja, de
desordem no sistema.02. FVVVV03. D04. B05. D06. E07. B08. B09. B10.
D11. B12. C13. FVFVV14. FVVFF15. D16. A17. B18. FVVVF19. C20. C
7