CH4 (apolar) CH4 (g) De
CH4(g) CH4(aq) De
Calcule De e De para a transferência de metano de um solvente apolar para a água. O que se pode dizer sobre a espontaneidade deste processo nas condições padrão? Discuta as origens desta espontaneidade (ou da não-espontaneidade) em termos de contribuições da entalpia e da entropia. R: De.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre a transferência de metano ( CH4) de um solvente apolar para a água. A gente vai precisar entender conceitos de termodinâmica, especificamente as variações de entalpia ( De) e de energia livre de Gibbs ( De). Vamos usar as informações fornecidas para calcular essas variações e entender se o processo é espontâneo nas condições padrão.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as duas etapas envolvidas na transferência do metano:
  1. De solvente apolar para gás: CH4 (apolar) CH4 (g)
    • De
    • De
  2. De gás para aquoso: CH4(g) CH4(aq)
    • De
    • De

Passo 3

Vamos calcular as variações totais de entalpia ( De) e de energia livre de Gibbs ( De) para a transferência completa do metano do solvente apolar para a água. Isso é feito somando as variações das duas etapas:
De
De

Passo 4

Agora, vamos analisar a espontaneidade do processo. A espontaneidade é determinada pelo sinal de De:
  • Se De, o processo é espontâneo.
  • Se De 0, o processo não é espontâneo.
No nosso caso, De, que é positivo. Então, o processo não é espontâneo nas condições padrão.

Passo 5

Para entender por que o processo não é espontâneo, vamos olhar para as contribuições de entalpia ( De) e entropia ( De):
  • Entalpia ( De): A variação negativa indica que o processo libera calor, o que geralmente favorece a espontaneidade.
  • Entropia ( De): A entropia diminui, ou seja, o sistema fica mais ordenado. Isso desfaz a espontaneidade.
No balanço geral, a diminuição da entropia supera a contribuição favorável da entalpia, resultando em uma energia livre de Gibbs positiva e, portanto, em um processo não espontâneo.

Resposta

De, De, De. O processo não é espontâneo nas condições padrão devido à diminuição da entropia, que supera a liberação de entalpia.

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