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.

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