Qual a diferença entre um processo espontâneo e não espontâneo? Qual a função de estado nos permite prever a espontaneidade de um processo?
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão está perguntando sobre a diferença entre processos espontâneos e não espontâneos, e qual a função de estado que nos ajuda a prever quando um processo vai ser espontâneo. Isso tudo está relacionado à termodinâmica, que é a parte da física e química que estuda as trocas de energia e como elas afetam a matéria. Para resolver isso, vamos entender o que significa um processo ser espontâneo ou não e qual função de estado usamos para prever isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um processo espontâneo. Um processo espontâneo é aquele que ocorre por si só, sem precisar de energia externa para acontecer. Por exemplo, quando você deixa uma pedra rolar colina abaixo, ela faz isso sozinha; esse movimento é espontâneo. Já um processo não espontâneo é o oposto: ele não acontece sozinho e precisa de energia externa para ocorrer. Um bom exemplo é empurrar a pedra de volta para o alto da colina; você precisa fazer trabalho para isso.
Passo 3
Agora, para saber se um processo é espontâneo ou não, usamos uma função de estado chamada energia livre de Gibbs, representada por $ G $. A energia livre de Gibbs combina a entropia (que mede a desordem) e a entalpia (que mede a quantidade total de energia no sistema) em uma única fórmula:
Onde:
- $ G $ é a energia livre de Gibbs,
- $ H $ é a entalpia,
- $ T $ é a temperatura,
- $ S $ é a entropia.
Passo 4
A variação da energia livre de Gibbs ($ \Delta G $) durante um processo nos diz se ele vai ser espontâneo ou não:
- Se $ \Delta G < 0 $, o processo é espontâneo.
- Se $ \Delta G > 0 $, o processo não é espontâneo.
- Se $ \Delta G = 0 $, o sistema está em equilíbrio.
Passo 5
Então, usando a variação da energia livre de Gibbs, podemos prever a espontaneidade de um processo. Se a energia livre diminui ($ \Delta G $ negativo), o processo vai ocorrer sozinho. Se a energia livre aumenta ($ \Delta G $ positivo), o processo não vai acontecer a menos que seja fornecida energia externa.
Resposta
A diferença entre um processo espontâneo e não espontâneo é que o espontâneo ocorre por si só sem necessidade de energia externa, enquanto o não espontâneo precisa de energia para acontecer. A função de estado que nos permite prever a espontaneidade de um processo é a energia livre de Gibbs ($ G $), onde uma variação de $ \Delta G $ negativa indica que o processo é espontâneo.