Explique em termos das contribuição entálpica (De e entrópica (De para a variação da energia livre de Gibbs De, as seguintes observações experimentais: o congelamento da água a uma temperatura suficientemente baixa.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício que pede para explicar, usando as contribuições entálpica ( De) e entrópica ( De) na variação da energia livre de Gibbs ( De), o que acontece quando a água congela numa temperatura bem baixa. Basicamente, estamos falando de termodinâmica e como a água muda de estado sólido a líquido nesse processo.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a equação da energia livre de Gibbs: De. Aqui, De indica se um processo é espontâneo ou não. Se De for negativo, o processo acontece sozinho. De é a mudança de entalpia (calor envolvido) e De é a mudança de entropia (desordem do sistema). T é a temperatura em Kelvin.

Passo 3

Quando a água congela, ela passa de líquido para sólido. Vamos analisar De e De nesse processo:
  • De (Contribuição Entálpica): Congelar a água libera calor, então De é negativo. Isso significa que o processo libera energia para o ambiente.
  • De (Contribuição Entrópica): A entropia está relacionada à desordem. O sólido (gelo) é mais ordenado que o líquido, então a entropia diminui. Assim, De é negativo.

Passo 4

Agora, vamos ver como esses valores afetam De na equação:
De
Com De negativo e De negativo, temos:
  • O termo De está ajudando a tornar De negativo.
  • O termo -T De também está ajudando a tornar De negativo porque é igual a -T times (um número negativo), que resulta em um valor positivo. Mas como De é negativo e geralmente maior em magnitude, o resultado final é De negativo.

Passo 5

Além disso, em temperaturas suficientemente baixas, o termo T De é menor, pois T é menor. Isso significa que a contribuição negativa de De domina, garantindo que De seja negativo, tornando o congelamento espontâneo.

Resposta

Portanto, ao congelar a água em temperaturas bem baixas, a liberação de calor ( De negativo) e a diminuição da entropia ( De negativo) combinadas com a baixa temperatura fazem com que a variação da energia livre de Gibbs ( De) seja negativa, tornando o processo de congelamento espontâneo.

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