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 27^circ C.
Compostos De <br> (kJmol^-1) Deçã <br> (kJmol^-1) Deçã T Deçã <br> (kJmol^-1) Deçã <br> (kJmol^-1) Solubilidade <br> g / 100 g
LiNO3 848 -850,5 20,9 102,0
NaNO3 755 -734,5 26,9 91,2
KNO3 678 -643,1 34,5 38,3
a) Escreva as equações da reação de dissolução dos sólidos iônicos em água - considere a água solvente.
b) Calcule o De solução para cada solução, explique os diferentes valores e se a reação é exotérmica ou endotérmica.
c) Conceitue entropia. Calcule o De solução e explique os diferentes valores de entropia?
d) Calcule o De Solução, explique se a dissolução é espontânea ou não espontânea?
e) Explique a ordem na solubilidade utilizando o De Solução e comparando os dados de solubilidade.
f) O abaixamento da temperatura para 5^circ C terá efeito da solubilidade desses sais? Utilize os dados termodinâmicos para justificar sua resposta.
Dados: T(K)=T( ^circ C)+273 K

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:
    LiNO3(s) Li^+(aq) + NO3^-(aq)
  • Para o nitrato de sódio:
    NaNO3(s) Na^+(aq) + NO3^-(aq)
  • Para o nitrato de potássio:
    KNO3(s) K^+(aq) + NO3^-(aq)
Essas reações mostram como os sólidos se separam em íons quando dissolvidos na água, que é o solvente.

Passo 3

b) Calculando o Deçã para cada sal:
A variação de entalpia da solução ( Deçã) é a soma da entalpia de rede ( De) e da entalpia de hidratação ( Deçã):
çãçã
Vamos calcular para cada sal:
  1. LiNO₃:
    çã
  2. NaNO₃:
    çã
  3. KNO₃:
    çã
Explicação dos valores:
  • LiNO₃ tem çã: como é negativo, a dissolução é exotérmica, liberando calor.
  • NaNO₃ tem çã: positivo, a dissolução é endotérmica, absorvendo calor.
  • KNO₃ tem çã: também é endotérmica.

Passo 4

c) Conceituando entropia e calculando Deçã:
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 Deçã, usamos a relação:
T = 27^circC + 273 = 300, K çãçãçã
Rearranjando para encontrar Deçã:
çãçãçã
Primeiro, convertemos a temperatura para Kelvin:
Agora, calculamos para cada sal:
  1. LiNO₃:
    çãçã
    Precisamos do çã, que será calculado na próxima parte.
  2. NaNO₃ e KNO₃:
    Similarmente, precisaremos do çã para 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 Deçã e analisando a espontaneidade:
A energia livre de Gibbs ( De) indica se uma reação é espontânea:
  • Se : reação espontânea.
  • Se : reação não espontânea.
Usamos a fórmula:
çãçãçã
Vamos calcular para cada sal:
  1. LiNO₃:
    çãçã
    Precisamos primeiro calcular çã na parte c).
  2. NaNO₃ e KNO₃:
    Aplicamos a mesma fórmula após calcular çã.
Análise:
  • Se çã for negativo, a dissolução ocorre espontaneamente.
  • Se for positivo, a dissolução não ocorre espontaneamente.

Passo 6

e) Explicando a ordem de solubilidade usando çã e comparando com os dados de solubilidade:
A solubilidade está relacionada à energia livre de Gibbs. Quanto mais negativo for o çã, 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 çã mais negativos para menos negativos.

Passo 7

f) Avaliando o efeito do abaixamento da temperatura para T = 5^circC + 273 = 278, K na solubilidade dos sais:
Primeiro, convertemos a temperatura:
De
A solubilidade pode ser afetada pela variação de çã com a temperatura:
çãçãçã
  • Para reações endotérmicas ( çã): reduzir a temperatura tende a tornar çã menos positivo, aumentando a solubilidade.
  • Para reações exotérmicas ( çã): reduzir a temperatura torna çã mais negativo, também aumentando a solubilidade.
Então, abaixar a temperatura para provavelmente aumentará a solubilidade dos sais, especialmente daqueles com çã 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.

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