Quando uma transformação química ou fisica tende a ocorrer sem a necessidade de ser provocada por uma influência externa, dizemos que se trata de um processo espontâneo. Por outro lado, quando essas transformações precisam ser induzidas numa direção contrária, elas são classificadas como processos não espontâneos. Uma das principais dificuldades do engenheiro é interpretar o motivo de alguns processos (transformações) acontecerem espontaneamente e outros não. Sabe-se que a razão de uma transformação não ser espontânea não se deve à tendência do sistema se deslocar para um estado de menor energia interna. Um exemplo disso é a expansão isotérmica de um gás ideal no vácuo (quando a pressão externa é zero). Sendo assim, interprete por que o caso da expansão espontânea de um sistema contra o vácuo não nos permite afirmar que a diminuição da energia interna é o motivo da mudança espontânea (Utilize a Primeira Lei para sua explicação).

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre processos espontâneos e não espontâneos em transformações químicas ou físicas. Aqui, a gente vai usar a Primeira Lei da Termodinâmica para entender por que a expansão espontânea de um gás ideal no vácuo não está relacionada com a diminuição da energia interna do sistema.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar o que é a Primeira Lei da Termodinâmica. Básicamente, ela diz que a mudança na energia interna de um sistema ( De) é igual ao calor fornecido ao sistema ( Q) menos o trabalho realizado pelo sistema ( W):
De
Isso significa que a energia interna do sistema pode mudar se ele ganha ou perde calor, ou se realiza trabalho.

Passo 3

Agora, vamos pensar na expansão isotérmica de um gás ideal no vácuo. “Isotérmica” quer dizer que a temperatura do gás permanece constante durante o processo. E “no vácuo” significa que não tem pressão externa atuando sobre o gás, então ele expande sem resistência.

Passo 4

Durante essa expansão no vácuo, como não tem pressão externa, o gás não realiza trabalho ( W = 0). Além disso, a temperatura constante indica que não há troca de calor com o ambiente ( Q = 0). Aplicando esses valores na Primeira Lei:
De
Então, a energia interna do gás não muda durante essa expansão.

Passo 5

O enunciado pergunta por que não podemos afirmar que a diminuição da energia interna é o motivo da mudança espontânea. Como vimos, De nesse caso. Ou seja, não há diminuição (nem aumento) na energia interna. Isso mostra que a espontaneidade da expansão não está relacionada à variação da energia interna.

Resposta

Então, na expansão espontânea de um gás ideal no vácuo, a energia interna permanece constante ( De), o que mostra que a diminuição da energia interna não é o motivo para a mudança espontânea desse processo, conforme a Primeira Lei da Termodinâmica.

Exercícios relacionados