1 mol de água supergelada
congela nesta mesma temperatura. Calcule a variação de entropia associada a este processo, decompondo-o numa sequência de 3 etapas: aquecimento da água líquida de
a
, congelamento da água a
, resfriamento do gelo de
a
. Dados: calor de fusão 1437 cal, capacidades caloríficas: água
, gelo
.
Passo 1
Beleza, temos 1 mol de água supergelada a -5°C que congela nessa mesma temperatura. A gente vai calcular a variação de entropia desse processo dividindo em três etapas: aquecer a água líquida de -5°C até 0°C, congelar a água a 0°C e depois resfriar o gelo de 0°C para -5°C. Para isso, vamos precisar das seguintes informações: o calor de fusão da água é 1437 cal, a capacidade calorífica da água líquida é 1 cal/g·K e a do gelo é 0,5 cal/g·K.
Passo 2
Primeiro, vamos aquecer a água líquida de -5°C (268 K) até 0°C (273 K). A variação de entropia nessa etapa é calculada usando a fórmula:
Onde:
-
(massa da água, já que 1 mol de água pesa 18 g) -
-
-
Calculando:
Passo 3
Agora, vamos congelar a água a 0°C. A variação de entropia nessa fase é dada por:
Onde:
-
(calor de fusão) -
Então:
Passo 4
Por último, vamos resfriar o gelo de 0°C (273 K) para -5°C (268 K). A variação de entropia é:
Onde:
Calculando:
Resposta
Somando as variações de entropia das três etapas:
Portanto, a variação de entropia associada ao processo de congelamento da água supergelada é aproximadamente 5,43 cal/K.