Existe alguma circunstância em que dois gases (reais) não irão se misturar espontaneamente?

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Ela quer saber se existem situações em que dois gases reais não se misturam por conta própria. Para responder isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente sobre espontaneidade de processos. Precisaremos entender como energia e desordem (entropia) influenciam na mistura dos gases.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que, geralmente, gases tendem a se misturar espontaneamente porque isso aumenta a entropia do sistema, ou seja, aumenta a desordem. A mistura espontânea ocorre quando a energia livre de Gibbs ( ) é negativa. A fórmula para a energia livre de Gibbs é:
Onde:
  • é a variação de entalpia (energia)
  • é a temperatura
  • é a variação de entropia

Passo 3

Para os gases se misturarem espontaneamente, queremos que seja negativo. Geralmente, a mistura aumenta a entropia ( positivo), então mesmo que seja positivo ou pequeno, a segunda parte da equação pode tornar negativo, favorecendo a mistura.

Passo 4

Agora, vamos pensar nas circunstâncias onde isso pode não acontecer. Se a variação de entropia não for suficientemente positiva, ou seja, se a desordem não aumentar o bastante, e se a variação de entalpia for significativamente positiva, então pode acabar positivo. Isso impediria a mistura espontânea.

Passo 5

Em gases reais, as forças intermoleculares não são ideais. Se dois gases tiverem interações muito fortes e repulsivas entre si, isso pode aumentar de forma que a energia livre de Gibbs fique positiva. Além disso, em temperaturas muito baixas, o termo diminui, podendo também levar a ser positivo.

Passo 6

Portanto, as circunstâncias onde dois gases reais não se misturam espontaneamente são:
  • Quando as interações intermoleculares entre os gases são altamente repulsivas, aumentando .
  • Em temperaturas baixas, onde o aumento da entropia não compensa a variação de entalpia positiva.

Resposta

Sim, dois gases reais podem não se misturar espontaneamente quando as interações entre suas moléculas são altamente repulsivas e/ou em temperaturas baixas onde a variação de entropia não compensa a energia necessária para a mistura.

Exercícios relacionados

Explique como a lei de Raoult e a lei de Henry são usadas para calcular o potencial químico de um componente de uma mistura.
Qual o número máximo de fases que podem estar em equilibrio em um sistema ternário?
Explique o conceito de propriedade parcial molar, e justifique a observação de que a propriedade parcial molar de um soluto depende também das propriedades do solvente.
Explique a origem molecular da lei de Raoult e da lei de Henry.