Explique em termos das contribuição entálpica
e entrópica
para a variação da energia livre de Gibbs
, 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 (
) e entrópica (
) na variação da energia livre de Gibbs (
), 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:
. Aqui,
indica se um processo é espontâneo ou não. Se
for negativo, o processo acontece sozinho.
é a mudança de entalpia (calor envolvido) e
é a mudança de entropia (desordem do sistema).
é a temperatura em Kelvin.
Passo 3
Quando a água congela, ela passa de líquido para sólido. Vamos analisar
e
nesse processo:
-
(Contribuição Entálpica): Congelar a água libera calor, então é negativo. Isso significa que o processo libera energia para o ambiente. -
(Contribuição Entrópica): A entropia está relacionada à desordem. O sólido (gelo) é mais ordenado que o líquido, então a entropia diminui. Assim, é negativo.
Passo 4
Agora, vamos ver como esses valores afetam
na equação:
Com
negativo e
negativo, temos:
- O termo
está ajudando a tornar negativo. - O termo
também está ajudando a tornar negativo porque é igual a (um número negativo), que resulta em um valor positivo. Mas como é negativo e geralmente maior em magnitude, o resultado final é negativo.
Passo 5
Além disso, em temperaturas suficientemente baixas, o termo
é menor, pois
é menor. Isso significa que a contribuição negativa de
domina, garantindo que
seja negativo, tornando o congelamento espontâneo.
Resposta
Portanto, ao congelar a água em temperaturas bem baixas, a liberação de calor (
negativo) e a diminuição da entropia (
negativo) combinadas com a baixa temperatura fazem com que a variação da energia livre de Gibbs (
) seja negativa, tornando o processo de congelamento espontâneo.