As expressões a seguir foram usadas para estabelecer os critérios para uma transformação espontânea: e . Discuta a origem, o significado e a aplicabilidade de cada critério.

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Ela fala sobre dois critérios usados para determinar se uma transformação é espontânea: e . Vamos explorar de onde esses critérios vêm, o que eles significam e quando podemos aplicá-los. Para isso, vamos precisar conhecer alguns conceitos de termodinâmica, como entropia ( ) e energia livre de Gibbs ( ).

Passo 2

Vamos começar com a entropia, representada por . Entropia é uma medida da desordem ou da dispersão de energia em um sistema. A mudança de entropia ( ) indica como a desordem muda durante uma transformação. O primeiro critério diz que , ou seja, a entropia total do sistema e do ambiente aumenta.

Passo 3

Esse critério vem da segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia total do universo sempre aumenta em processos espontâneos. Isso significa que, mesmo que a entropia do sistema diminua, a entropia do ambiente aumenta mais, resultando em um aumento total.

Passo 4

Agora, vamos falar sobre a energia livre de Gibbs, representada por . A energia livre é uma função que combina a entalpia ( ) e a entropia ( ) da seguinte forma:
Onde é a temperatura absoluta. O segundo critério diz que , ou seja, a energia livre diminui durante uma transformação espontânea.

Passo 5

Quando , significa que a transformação libera energia suficiente para que ela ocorra sem a necessidade de energia externa. Esse critério é especialmente útil porque combina tanto a entalpia quanto a entropia em uma única equação, facilitando a previsão da espontaneidade das reações químicas.

Passo 6

Origem dos critérios: Ambos os critérios vêm das leis da termodinâmica. A condição é diretamente da segunda lei, enquanto é derivada da definição de energia livre de Gibbs, que é uma função de estado útil para processos a temperatura e pressão constantes.

Passo 7

Significado:
  • significa que a desordem total do sistema e do ambiente está aumentando.
  • indica que a transformação é energeticamente favorável e pode ocorrer espontaneamente.

Passo 8

Aplicabilidade:
  • é um critério geral aplicável a qualquer processo termodinâmico.
  • é particularmente útil em química e engenharia para prever a espontaneidade de reações químicas e processos a temperatura e pressão constantes.

Resposta

Os critérios e originam-se das leis da termodinâmica, especificamente da segunda lei. indica um aumento na desordem total, enquanto sinaliza uma transformação energeticamente favorável. Esses critérios são aplicáveis para determinar se uma transformação ocorrerá espontaneamente, sendo especialmente úteis em contextos como reações químicas e processos de engenharia a temperatura e pressão constantes.

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