Algumas substâncias não seguem o terceiro princípio da termodinâmica e possuem, a zero Kelvin, uma entropia absoluta diferente de zero, a qual porém pode ser exatamente calculada. Explique porquê.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. A questão fala sobre o terceiro princípio da termodinâmica, que geralmente diz que a entropia de um cristal perfeito é zero a 0 Kelvin. Porém, algumas substâncias não seguem essa regra e têm uma entropia diferente de zero nesse ponto. O exercício quer que expliquemos por que isso acontece e como podemos calcular essa entropia exata.
Passo 2
Para começar, vamos falar sobre o que é entropia. Entropia é uma medida da desordem de um sistema. No contexto da termodinâmica, ela nos ajuda a entender a quantidade de energia que não pode ser usada para realizar trabalho. O terceiro princípio da termodinâmica, também conhecido como o princípio de Nernst, estabelece que à medida que a temperatura se aproxima de zero Kelvin, a entropia de um cristal perfeito também se aproxima de zero.
Passo 3
No entanto, nem todas as substâncias formam cristais perfeitos ou atingem esse estado de ordem completa a 0 Kelvin. Em algumas substâncias, mesmo a temperaturas muito baixas, ainda existe alguma desordem remanescente devido a fatores como degenerescência do estado fundamental ou vibrações residuais das moléculas. Isso significa que a entropia não chega exatamente a zero.
Passo 4
Agora, por que conseguimos calcular exatamente essa entropia diferente de zero? Bem, mesmo que a substância não obedeça exatamente ao terceiro princípio, ainda podemos aplicar as leis da termodinâmica e teorias quânticas para determinar a quantidade de desordem remanescente. Utilizamos modelos matemáticos que levam em conta as características específicas da substância, como níveis de energia e vibrações moleculares, para calcular a entropia com precisão.
Passo 5
Em resumo, a razão pela qual algumas substâncias não seguem o terceiro princípio da termodinâmica e têm uma entropia diferente de zero a 0 Kelvin é devido à presença de desordem residual no estado fundamental dessas substâncias. Apesar disso, a entropia pode ser precisamente calculada utilizando modelos teóricos que consideram essas características específicas.
Resposta
Algumas substâncias não alcançam uma entropia zero a 0 Kelvin devido à desordem residual em seu estado fundamental, mas mesmo assim é possível calcular exatamente essa entropia aplicando modelos termodinâmicos e quânticos que consideram as características específicas da substância.
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nitrogênio e
oxigênio.
1 mol de água supergelada
congela nesta mesma temperatura. Calcule a variação de entropia associada a este processo, decompondo-o numa sequência de 3 etapas: aquecimento da água líquida de
a
, congelamento da água a
, resfriamento do gelo de
a
. Dados: calor de fusão 1437 cal, capacidades caloríficas: água
, gelo
.
A partir dos seguintes dados, calcule
para as seguintes transições:
Substância | Fórmula |
|
|
---|---|---|---|
Acetona |
|
56,2 | 29,1 |
Etanol |
|
78,3 | 43,5 |
Água |
|
100,0 | 40,7 |