Enunciado
Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 8.1 - Ex. 87
8.87) O nitrato de potássio dissolve facilmente em água e sua entalpia de solução é +34,9 kJ·mol–1. (a) A entalpia de solução favorece ou não o processo de dissolução? (b) A variação de entropia do sistema é positiva ou negativa, quando o sal dissolve? (c) A variação de entropia do sistema é, principalmente, o resultado de mudanças de desordem posicional ou de desordem térmica? (d) A variação de entropia da vizinhança é, principalmente, o resultado de mudanças de desordem posicional ou de desordem térmica? (e) O que é responsável pela dissolução de KNO3?
Na resolução da questão 8.87 é necessário ter bem claro o conhecimento sobre entalpia, entropia e movimentação das moléculas nos arranjos, para isso vejamos alguns conceitos:
Entalpia: É uma grandeza física definida como a energia máxima de um sistema termodinâmico (energia interna), que pode ser removida deste sob a forma de calor.
Entropia: É uma grandeza termodinâmica, geralmente associada ao grau de desordem. A entropia é uma medida da energia que não pode ser convertida em trabalho.
Na imagem é possivel observar o espaçamento entre as moléculas em cada estados físico. Agora, mãos a obra!
Passo 1
Utilizar a informação dada no enuciado sobre a entalpia e indicar o que ocorre.
Passo 2
Utilizar conceitos sobre entropia, e movimentações dos ions.
Resposta
- O enunciado da questão já resolve esse problema, coma entalpia do nitrato de potássio sendo 34,9 kj.mol-1 indica que durante a solubilização o calor é requerido para que aconteça a separação dos ions do restante da estrutura, dessa forma a entalpia sendo positiva não favorece a solubilização pois necessita de calor.
- No enunciado não existe quação química, mas temos a informação de ser nitrato de potássio dissolvendo em um ambiente aquoso, com base nisso é possivel montar a equação e nem é necessário que façamos o balanceamento. A equação é a seguinte:
- Como dito anteriormente em casos com o estado sólido os arranjos dos íos são sempre altamente ordenados e rígidos. Portanto, íons não podem se mover livremente na estrutura do cristal. Por outro lado na fase aquosa as forças inter iônicas são fracas. Portanto, íons podem se mover livremente. Assim na fase aquosa o grau de desordem é maior do que em fase sólida. Portanto, a fase aquosa tem maior entropia do que na fase sólida. Dessa forma é possivel entender que a variação na entropia esta diretamente relacionada com a variação da desordem posicional viu.
- Foi mencionado anteriormente que ocorre entalpia na dissolução do nitrato de potássio e que o valor dela é 34,9 kj. Como também mencionado, mas não custa revisar, o valor positivo da entalpia da solução indica que, durante a dissolução do nitrato de potássio o calor é requirido para separar íons da estrutura do cristal. Este calor tem vir de algum lugar e esse lugar são as vizinhanças, devido isto a temperatura das vizinhanças diminui, resultante a variação na entropia das vizinhanças. Por isso a entropia das vizinhanças é devido a desordem térmica.
- Lembrando que a entalpia da dissolução do nitrato de potássio é 34,9 kj e sobre a rigidez dos arranjos no estado sólidos e a lierdade de movimentação dos ions do estado aquoso possuindo assim uma entropia também positiva devido a desordem no estado aquoso, possuindo entropia e entalpia positivos a reação é dirigida pela entropia.
KNO3(s) ↔ KNO3(aq)
Estando no estado sólido a estrutura dos íos é altamente ordenado e rígido, vamos imaginar que estão todos muito apertados e sem espaço para se mover. Dessa forma, íons não podem se mover livremente na estrutura do cristal. Enquanto isso na fase aquosa as forças inter iônicas são fracas e eles estão com espaços para se mover. Portanto, assim na fase aquosa o grau de desordem é maior do que em fase sólida. Assim, a fase aquosa tem maior entropia do que na fase sólida . Conclui-se que a entropia é positiva durante a dissolução nesse sistema, pois o nível de desordem é bem maior.