Os nitratos são amplamente utilizados como fertilizantes na agricultura, pois fornecem nitrogênio, que é um nutriente essencial para o crescimento das plantas. Além disso, são utilizados como conservantes em carnes curadas e embutidos para prevenir o crescimento de bactérias. Dado a sua importância seu estudo em meio aquoso é essencial. Na tabela abaixo estão dados referentes a entalpia e solubilidade alguns compostos iônicos em água na temperatura de
.
Compostos |
|
|
|
|
|
Solubilidade <br>
|
---|---|---|---|---|---|---|
|
848 |
|
20,9 | 102,0 | ||
|
755 |
|
26,9 | 91,2 | ||
|
678 |
|
34,5 | 38,3 |
a) Escreva as equações da reação de dissolução dos sólidos iônicos em água - considere a água solvente.
b) Calcule o solução para cada solução, explique os diferentes valores e se a reação é exotérmica ou endotérmica.
c) Conceitue entropia. Calcule o solução e explique os diferentes valores de entropia?
d) Calcule o Solução, explique se a dissolução é espontânea ou não espontânea?
e) Explique a ordem na solubilidade utilizando o Solução e comparando os dados de solubilidade.
f) O abaixamento da temperatura para terá efeito da solubilidade desses sais? Utilize os dados termodinâmicos para justificar sua resposta.
Dados:
b) Calcule o
c) Conceitue entropia. Calcule o
d) Calcule o
e) Explique a ordem na solubilidade utilizando o
f) O abaixamento da temperatura para
Dados:
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício que trata da dissolução de nitratos na água. A questão envolve termos de termodinâmica como entalpia, entropia e energia de Gibbs, além de solubilidade. Para resolver, vamos precisar entender reações de dissolução, calcular variações de entalpia, entropia e energia livre, e analisar como a temperatura afeta a solubilidade desses sais.
Passo 2
a) Escrevendo as equações de dissolução dos sólidos iônicos em água:
Quando um sal iônico se dissolve na água, ele se separa em íons. Vamos escrever isso para cada nitrato:
-
Para o nitrato de lítio:
-
Para o nitrato de sódio:
-
Para o nitrato de potássio:
Essas reações mostram como os sólidos se separam em íons quando dissolvidos na água, que é o solvente.
Passo 3
b) Calculando o
para cada sal:
A variação de entalpia da solução (
) é a soma da entalpia de rede (
) e da entalpia de hidratação (
):
Vamos calcular para cada sal:
-
LiNO₃:
-
NaNO₃:
-
KNO₃:
Explicação dos valores:
- LiNO₃ tem
: como é negativo, a dissolução é exotérmica, liberando calor. - NaNO₃ tem
: positivo, a dissolução é endotérmica, absorvendo calor. - KNO₃ tem
: também é endotérmica.
Passo 4
c) Conceituando entropia e calculando
:
Entropia é uma medida da desordem ou da dispersão de energia em um sistema. Quando um sólido se dissolve, geralmente há um aumento na entropia porque os íons ficam mais dispersos na solução.
Para calcular
, usamos a relação:
Rearranjando para encontrar
:
Primeiro, convertemos a temperatura para Kelvin:
Agora, calculamos para cada sal:
-
LiNO₃:Precisamos do
, que será calculado na próxima parte. -
NaNO₃ e KNO₃:
Similarmente, precisaremos dopara calcular.
Explicando os diferentes valores de entropia:
A entropia aumenta quando mais íons são formados e se dispersam na solução. Diferentes solutos podem ter diferentes aumentos de entropia dependendo de como se dissociam e interagem com a água.
Passo 5
d) Calculando
e analisando a espontaneidade:
A energia livre de Gibbs (
) indica se uma reação é espontânea:
- Se
: reação espontânea. - Se
: reação não espontânea.
Usamos a fórmula:
Vamos calcular para cada sal:
-
LiNO₃:Precisamos primeiro calcular
na parte c). -
NaNO₃ e KNO₃:
Aplicamos a mesma fórmula após calcular.
Análise:
- Se
for negativo, a dissolução ocorre espontaneamente. - Se for positivo, a dissolução não ocorre espontaneamente.
Passo 6
e) Explicando a ordem de solubilidade usando
e comparando com os dados de solubilidade:
A solubilidade está relacionada à energia livre de Gibbs. Quanto mais negativo for o
, maior a solubilidade.
Observando os dados:
- LiNO₃: 102,0 g/100g
- NaNO₃: 91,2 g/100g
- KNO₃: 38,3 g/100g
A ordem da solubilidade é LiNO₃ > NaNO₃ > KNO₃, o que deve corresponder à ordem dos
mais negativos para menos negativos.
Passo 7
f) Avaliando o efeito do abaixamento da temperatura para
na solubilidade dos sais:
Primeiro, convertemos a temperatura:
A solubilidade pode ser afetada pela variação de
com a temperatura:
- Para reações endotérmicas (
): reduzir a temperatura tende a tornar menos positivo, aumentando a solubilidade. - Para reações exotérmicas (
): reduzir a temperatura torna mais negativo, também aumentando a solubilidade.
Então, abaixar a temperatura para
provavelmente aumentará a solubilidade dos sais, especialmente daqueles com
endotérmico.
Resposta
Resumindo, resolvemos cada parte do exercício passo a passo, calculando as variações de entalpia, entropia e energia livre para os nitratos, analisamos a espontaneidade das dissoluções, a ordem de solubilidade e como a temperatura afeta a solubilidade desses sais. A solubilidade diminui com a diminuição da temperatura, conforme os cálculos e os dados termodinâmicos indicam.