Explique em termos das contribuição entálpica
e entrópica
para a variação da energia livre de Gibbs
, as seguintes observações experimentais: o resfriamento que acompanha dissolução espontânea de uréia em água.
Passo 1
Então, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma observação experimental: quando a ureia se dissolve espontaneamente na água, ocorre um resfriamento. Queremos explicar isso usando os conceitos de contribuição entálpica (
) e entrópica (
) na variação da energia livre de Gibbs, dada por
. Para resolver, vamos precisar entender como a entalpia e a entropia influenciam a espontaneidade e a temperatura envolvida no processo.
Passo 2
Primeiro, sabemos que para um processo ser espontâneo, a variação da energia livre de Gibbs (
) deve ser negativa. A equação
nos mostra que isso pode acontecer de duas maneiras: ou a entalpia (
) é negativa (processo exotérmico) ou a entropia (
) é positiva (aumento da desordem), ou ambos.
Passo 3
No caso da dissolução da ureia em água, observamos que há resfriamento, o que indica que o processo está absorvendo calor do ambiente. Isso significa que a entalpia da dissolução (
) é positiva, ou seja, o processo é endotérmico.
Passo 4
Apesar de a entalpia ser positiva, o processo ainda é espontâneo. Isso só é possível se a contribuição entrópica (
) for suficientemente positiva para que o termo
compense a
. Ou seja, a dissolução aumenta a desordem do sistema de tal forma que, multiplicada pela temperatura (
), supera a energia absorvida.
Passo 5
Então, resumindo: a dissolução espontânea da ureia em água é endotérmica (
), o que causa o resfriamento observado. Porém, há um aumento na entropia (
) que, a uma certa temperatura, torna a variação da energia livre de Gibbs (
) negativa, tornando o processo espontâneo.
Resposta
A dissolução espontânea da ureia em água é um processo endotérmico, absorvendo calor e causando resfriamento (
). Simultaneamente, há um aumento na desordem do sistema (
). A contribuição entropica, multiplicada pela temperatura (
), supera a absorção de energia, resultando em uma variação livre de Gibbs negativa (
). Assim, mesmo com
positivo, o aumento de entropia faz a dissolução ser espontânea.
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, nas mesmas condições de temperatura e pressão, para uma situação inicial em que a concentração da forma
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