Um engenheiro está considerando descarregar o calor residual de uma usina nuclear em um lago, cuja temperatura inicial é de 12^circ C. Ao avaliar os impactos dessa ação, estima-se que a temperatura da água do lago aumentaria para 25^circ C. Essa variação de temperatura provoca o aumento da concentração de vapor d CO2(g)+H2 O(g) <=ftharpoons H2 CO3(g) K=1,7 times 10^-3 à 25^circ C à
a) Determine se a reação de formação do ácido carbônico (H2 CO3) será espontânea com base no De á 25^circ C. Explique sua resposta.
b) Considere que essa reação em equilíbrio é endotérmica. Em qual direção a reação irá progredir após a descarga de calor, considerando que a água do lago estará mais quente? Justifique seu raciocínio.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um engenheiro que quer descarregar o calor de uma usina nuclear em um lago. Isso vai aumentar a temperatura da água de 12^circ C para 25^circ C. Com esse aumento de temperatura, a concentração de vapor de CO2 e H2O muda, afetando a formação de ácido carbônico H2CO3. Para resolver as questões, vamos precisar usar conceitos de Termodinâmica, especificamente sobre energia livre de Gibbs ( De) e o princípio de Le Chatelier para entender como a reação de equilíbrio vai se comportar com a mudança de temperatura.

Passo 2

Parte a) Queremos saber se a formação do ácido carbônico H2CO3 é espontânea a 25^circ C com base na variação da energia livre de Gibbs ( De).
A equação que relaciona a energia livre de Gibbs com a constante de equilíbrio K é:
De
Onde:
  • R = 8,314 J/mol cdot K (constante dos gases)
  • T = 298 K (25°C convertidos para Kelvin)
  • K = 1,7 times 10^-3
Vamos calcular De:
De
Primeiro, calculamos ln(1,7 times 10^-3):
ln(1,7 times 10^-3) approx -6,38
Então,
De
Como De é positivo, isso indica que a reação não é espontânea nas condições dadas.
Parte b) Sabemos que a reação é endotérmica, ou seja, absorve calor. Quando a temperatura aumenta, segundo o princípio de Le Chatelier, o sistema tende a absorver o excesso de calor, favorecendo a direção que consome calor.
Portanto, com o aumento da temperatura após a descarga de calor no lago, a reação vai se deslocar no sentido de formar mais ácido carbônico H2CO3.

Resposta

a) A reação de formação do ácido carbônico H2CO3 não é espontânea a 25^circ C, pois a energia livre de Gibbs De é positiva (+15,8 kJ/mol).
b) Após a descarga de calor e com o aumento da temperatura da água, a reação desloca-se para a direita, formando mais H2CO3, já que a reação é endotérmica.

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