Um engenheiro está considerando descarregar o calor residual de uma usina nuclear em um lago, cuja temperatura inicial é de
. Ao avaliar os impactos dessa ação, estima-se que a temperatura da água do lago aumentaria para
. Essa variação de temperatura provoca o aumento da concentração de vapor d
a) Determine se a reação de formação do ácido carbônico
será espontânea com base no
á
. 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.
a) Determine se a reação de formação do ácido carbônico
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
para
. Com esse aumento de temperatura, a concentração de vapor de
e
muda, afetando a formação de ácido carbônico
. Para resolver as questões, vamos precisar usar conceitos de Termodinâmica, especificamente sobre energia livre de Gibbs (
) 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
é espontânea a
com base na variação da energia livre de Gibbs (
).
A equação que relaciona a energia livre de Gibbs com a constante de equilíbrio
é:
Onde:
-
(constante dos gases) -
(25°C convertidos para Kelvin) -
Vamos calcular
:
Primeiro, calculamos
:
Então,
Como
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
.
Resposta
a) A reação de formação do ácido carbônico
não é espontânea a
, pois a energia livre de Gibbs
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
, já que a reação é endotérmica.