A capacidade calorífica molar de um certo sólido, a pressão constante, a , é 0,43 mol. Qual é a sua entropia molar nesta temperatura?

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos a capacidade calorífica molar a pressão constante de um sólido, que é 0,43 J/(K·mol) a uma temperatura de 4,2 K. Queremos descobrir qual é a entropia molar desse sólido nessa mesma temperatura. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente a relação entre capacidade calorífica e entropia.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é entropia. A entropia, representada por , é uma medida da desordem ou da quantidade de energia dispersa em um sistema. Ela pode ser calculada a partir da capacidade calorífica molar pela relação:
Isso quer dizer que a entropia em uma temperatura é a integral da capacidade calorífica dividida pela temperatura, de 0 até .

Passo 3

No nosso caso, a capacidade calorífica é constante e igual a 0,43 J/(K·mol) durante todo o intervalo de temperatura até 4,2 K. Então, podemos simplificar a integral:

Passo 4

Para resolver essa integral, integramos que resulta em . Aplicando os limites de integração:
Aqui, encontramos um problema porque não está definido (tende ao negativo infinito). Isso nos indica que, de acordo com a terceira lei da termodinâmica, a entropia no zero absoluto ( K) é zero:

Passo 5

Considerando essa informação, ajustamos a expressão da entropia:
Mas, na prática, essa expressão precisa ser finita. A resolução típica assume que a entropia no zero absoluto é zero, e para pequenas temperaturas, a entropia aumenta proporcionalmente à temperatura. Portanto, podemos aproximar a entropia a 4,2 K como:

Resposta

A entropia molar do sólido a 4,2 K é .

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