A espontaneidade de processos de interesse biológico é normalmente determinada pela variação da energia livre de Gibbs, .
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 . 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 ( ), entropia ( ), temperatura ( ) e como eles influenciam a espontaneidade dos processos.

Passo 2

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

Passo 3

Agora, vamos ver como indica a espontaneidade:
  • : Processo espontâneo.
  • : Processo não espontâneo.
  • : 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 e :
  1. e : Sempre espontâneo, porque ambos os termos favorecem a redução de .
  2. e : Espontaneidade depende da temperatura. Se , então e é espontâneo.
  3. e : Espontaneidade também depende da temperatura. Se , então e é espontâneo.
  4. e : Nunca espontâneo, pois ambos os termos aumentam .

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 , significa que o processo aumenta a entropia do universo, mantendo a segunda lei válida.

Resposta

A equação indica que um processo é espontâneo quando a variação da energia livre de Gibbs ( ) é negativa. Isso ocorre em diferentes cenários:
  • Se é negativa e é positiva, o processo é sempre espontâneo.
  • Se ambos e são negativos, o processo é espontâneo a baixas temperaturas.
  • Se ambos são positivos, a espontaneidade ocorre a altas temperaturas.
  • Se é positivo e 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 corresponda a um aumento líquido na entropia total.

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