Estime a temperatura em que é termodinamicamente possível para o carbono reduzir óxido de ferro (III) até ferro, em condições padrão, pela reação endotérmica
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. A gente precisa estimar a temperatura em que é termodinamicamente possível que o carbono reduza o óxido de ferro (III) até ferro, usando a reação endotérmica:
Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especificamente as variações de energia livre de Gibbs (ΔG), entalpia (ΔH) e entropia (ΔS). Nosso objetivo é encontrar a temperatura (T) na qual a reação se torna espontânea, ou seja, quando ΔG = 0.
Passo 2
Primeiro, lembrando que a variação da energia livre de Gibbs é dada por:
No ponto em que a reação é termodinamicamente possível, ΔG = 0. Então:
Isso significa que:
Então, para encontrar a temperatura, precisamos calcular ΔH e ΔS para a reação.
Passo 3
Vamos calcular ΔH, a variação de entalpia. Para isso, usamos as entalpias de formação padrão (
) dos reagentes e produtos. A fórmula é:
Usando valores tabelados:
-
-
-
-
Então:
Passo 4
Agora, vamos calcular ΔS, a variação de entropia. Usamos as entropias padrão (
) dos reagentes e produtos. A fórmula é semelhante à da entalpia:
Usando valores tabelados:
-
-
-
-
Então:
Passo 5
Agora que temos ΔH e ΔS, podemos calcular a temperatura
em que a reação é possível:
Mas atenção! As unidades precisam ser compatíveis. Vamos converter ΔH de kJ para J:
Então:
Resposta
A temperatura em que é termodinamicamente possível a redução do óxido de ferro (III) pelo carbono é aproximadamente 838 Kelvin.
Exercícios relacionados
Calcule a entropia padrão da reação
em
.
Colocou-se um balão grande com água em um aquecedor e 100. J de energia foram transferidos reversivelmente para a água em
. Qual é a variação de entropia da água?
Enquanto se expande, um gás recebe o calor
e realiza o trabalho
. Ao final do processo, podemos afirmar que a energia interna do gás
a) aumentou 170 J.
b) aumentou 100 J.
c) aumentou 30 J.
d) diminuiu 70 J.
e) diminuiu 30 J.
a) aumentou 170 J.
b) aumentou 100 J.
c) aumentou 30 J.
d) diminuiu 70 J.
e) diminuiu 30 J.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica se, durante um processo isotérmico sofrido por um gás ideal de massa fixa o gás libera uma quantidade de calor cujo módulo é de 50 cal então a variação de energia interna e o trabalho realizado pelo gás neste processo são, respectivamente: