onde
e
representam de maneira abreviada o produto matemático das concentrações de produtos e reagentes da reação, respectivamente:
(d) A reação é espontânea nas condições padrão? Por que? A reação é espontânea para as concentrações de produtos e reagentes normalmente encontradas no ambiente celular? Por que?
(d) A reação é espontânea nas condições padrão? Por que? A reação é espontânea para as concentrações de produtos e reagentes normalmente encontradas no ambiente celular? Por que?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O que a gente tem aqui é uma equação que relaciona a variação de energia livre de Gibbs (
) de uma reação com suas condições específicas. A equação é:
Aqui,
e
são as concentrações dos produtos e reagentes, respectivamente. O que a gente precisa descobrir é se a reação é espontânea em duas situações: nas condições padrão e nas concentrações geralmente encontradas nas células.
Para resolver isso, vamos precisar entender o que significa
e
, além de como as concentrações dos reagentes e produtos influenciam a espontaneidade da reação.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o que é espontaneidade. Uma reação é espontânea se ela pode ocorrer sem precisar de energia externa para “forçar” o processo. Isso está relacionado com a
: se
for negativo, a reação é espontânea.
Agora,
é a variação de energia livre padrão, ou seja, quando todas as concentrações de reagentes e produtos estão em 1 molar. A segunda parte da equação,
, ajusta essa energia livre padrão de acordo com as concentrações reais no momento.
Passo 3
Primeiro, vamos ver a reação nas condições padrão. Nessa situação, as concentrações de produtos e reagentes são iguais a 1 Molar, então:
E como o logaritmo natural de 1 é zero (
), a equação fica:
Então, sob condições padrão, a espontaneidade da reação depende só de
. Se
for negativo, a reação é espontânea; se for positivo, não é.
Passo 4
Agora, vamos considerar as condições dentro de uma célula, onde as concentrações de reagentes e produtos geralmente não são 1 Molar. A razão
pode ser maior ou menor que 1, dependendo das concentrações específicas.
Se essa razão for maior que 1, o termo
será positivo, aumentando o valor de
. Se for menor que 1, esse termo será negativo, diminuindo
.
Portanto, mesmo que
seja positivo (o que indicaria que a reação não é espontânea nas condições padrão), as concentrações específicas dentro da célula podem tornar
negativo, tornando a reação espontânea.
Resposta
Sim, a reação é espontânea nas condições padrão porque
é negativo. Além disso, nas concentrações de produtos e reagentes normalmente encontradas no ambiente celular, a razão
ajusta
de forma que a reação também se torna espontânea.
Exercícios relacionados
onde as derivadas parciais representam as
onde
e
representam os estados nativo e desenovelado, respectivamente, responda:
(a) Qual deve ser o sinal de em uma temperatura e pressão nas quais a proteína tende a se enovelar espontaneamente?
(a) Qual deve ser o sinal de
(a) SEM USAR o critério de Euler, diga se a diferencial
deve deve ser exata ou inexata e justifique.
(d) Considerando a energia como função da temperatura e do volume,
, mostre que para um gás ideal a sua diferencial total é simplesmente
, onde
é a capacidade térmica a volume constante. Combinando este resultado com a primeira lei da termodinâmica
e a definição de entropia (
, ou
, deduza e expressão dada acima para a direncial da entropia.
(a) É um processo reversível, irreversível, ou não há informação suficiente para se determinar sua reversibilidade ou irreversibilidade? Por que?