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.

Exercícios relacionados

O processo de mistura de 100 mL de benzeno e 100 mL de tolueno terá uma entropia positiva ou negativa? Porquê?
Calcule a variação de entropia associada à formação de 1 mol de ar, considerando a composição deste como 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 vap
Acetona 56,2 29,1
Etanol 78,3 43,5
Água 100,0 40,7