A espontaneidade de processos de interesse biológico é normalmente determinada pela variação da energia livre de Gibbs, De.
Discuta as condições para as quais esta equação indica a espontaneidade de um processo e explique sua relação com a segunda lei da termodinâmica.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão fala sobre a espontaneidade de processos biológicos e usa a variação da energia livre de Gibbs, que é dada por De. Nosso objetivo é entender em que condições essa equação nos diz se um processo é espontâneo e como isso se relaciona com a segunda lei da termodinâmica. Para resolver isso, precisamos lembrar dos conceitos de entalpia ( De), entropia ( De), temperatura ( T) e como eles influenciam a espontaneidade dos processos.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa cada termo da equação De:
  • De (variação da energia livre de Gibbs): Indica se um processo pode ocorrer espontaneamente. Se De for negativo, o processo é espontâneo.
  • De (variação de entalpia): Representa a troca de calor em condições de pressão constante. Se De for negativo, o processo libera calor (exotérmico); se for positivo, absorve calor (endotérmico.
  • De (variação de entropia): Mede a desordem do sistema. Um aumento na entropia ( De positivo) tende a favorecer a espontaneidade.
  • T (temperatura absoluta): Quanto maior a temperatura, maior o impacto do termo T De.

Passo 3

Agora, vamos ver como De indica a espontaneidade:
  • De: Processo espontâneo.
  • De 0: Processo não espontâneo.
  • De: Equilíbrio termodinâmico.
Para que um processo seja espontâneo, ele deve levar a uma diminuição na energia livre de Gibbs. Isso pode acontecer de diferentes maneiras, dependendo dos sinais de De e De:
  1. De e De 0: Sempre espontâneo, porque ambos os termos favorecem a redução de De.
  2. De e De: Espontaneidade depende da temperatura. Se |De T |De, então De e é espontâneo.
  3. De 0 e De 0: Espontaneidade também depende da temperatura. Se T |De De, então De e é espontâneo.
  4. De 0 e De: Nunca espontâneo, pois ambos os termos aumentam De.

Passo 4

Agora, relacionando com a segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia total do universo sempre aumenta em um processo espontâneo. A energia livre de Gibbs incorpora essa ideia, combinando a entalpia e a entropia do sistema. Quando De, significa que o processo aumenta a entropia do universo, mantendo a segunda lei válida.

Resposta

A equação De indica que um processo é espontâneo quando a variação da energia livre de Gibbs ( De) é negativa. Isso ocorre em diferentes cenários:
  • Se De é negativa e De é positiva, o processo é sempre espontâneo.
  • Se ambos De e De são negativos, o processo é espontâneo a baixas temperaturas.
  • Se ambos são positivos, a espontaneidade ocorre a altas temperaturas.
  • Se De é positivo e De é negativo, o processo nunca é espontâneo.
Essa relação está alinhada com a segunda lei da termodinâmica, que exige que a entropia total do universo aumente para processos espontâneos. A energia livre de Gibbs incorpora essa exigência, garantindo que De corresponda a um aumento líquido na entropia total.

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