Considere a reação (não balanceada) de combustão do fenol sólido (C6H5OH):
energia livre de Gibbs padrão de formação (
) do fenol à 298 K , indicando se 0 processo é espontâneo.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que o exercício está pedindo. Temos a reação de combustão do fenol sólido (
) com oxigênio (
) para formar dióxido de carbono (
) e água (
). A entalpia padrão de combustão (
) é dada como
.
Conteúdo da matéria: Termodinâmica química, especificamente a energia livre de Gibbs e entalpia de formação.
O que vamos precisar para resolver:
- Entender a relação entre
e . - Utilizar a equação da energia livre de Gibbs para reações químicas.
- Conhecer os valores padrão de
para e .
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a energia livre de Gibbs padrão de formação (
) de uma substância é a energia livre necessária para formar 1 mol dessa substância a partir de seus elementos na condição padrão.
Na reação de combustão, a energia livre de Gibbs da reação (
) está relacionada às energias livres de formação dos produtos e reagentes pela seguinte equação:
Como queremos encontrar
do fenol (
), vamos reorganizar a equação.
Passo 3
Rearranjando a equação para isolar
do fenol, temos:
Isso porque os reagentes são o fenol e o oxigênio, e a energia livre de formação do oxigênio (
) na forma padrão é zero (
).
Passo 4
Agora, precisamos dos valores padrão de
para os produtos:
Como na reação temos 1 mol de
e 1 mol de
, vamos somar esses valores.
Passo 5
Substituindo os valores na equação que isolamos para
:
Simplificando:
Passo 6
Observando o resultado,
do fenol é positivo (
). Porém, na realidade, a energia livre de Gibbs de formação de compostos orgânicos como o fenol costuma ser negativa, indicando que a formação é espontânea sob condições padrão. A discrepância aqui ocorre porque assumimos que
é igual a
, ignorando o termo
na equação
.
Para uma resposta mais precisa, precisaríamos conhecer a entropia de formação do fenol. Contudo, com os dados fornecidos, seguimos com a conclusão baseada no cálculo realizado.
Resposta
A energia livre de Gibbs padrão de formação do fenol à 298 K é aproximadamente
. Como o valor é positivo, indicando que o processo não é espontâneo sob as condições consideradas.
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