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Exercícios sobre a energia livre de Gibbs

Exercícios de Química

Estes exercícios sobre a energia livre de Gibbs testarão seus conhecimentos sobre as condições e os cálculos que envolvem a determinação da espontaneidade de uma reação. Publicado por: Diogo Lopes Dias
questão 1

Considere esta reação:

C(grafite) + 2 O2(g) → CO2(g)          ΔH < 0 e ΔS < 0

Qual das afirmações propostas a seguir é a correta?

a) não é espontânea, no caso de | ΔH | > | T.ΔS |.

b) sempre é espontânea, independentemente da temperatura.

c) é espontânea apenas se | ΔH | > | T.ΔS |.

d) nunca é espontânea, independentemente da temperatura.

e) está sempre em equilíbrio, independentemente da temperatura.

questão 2

O óxido de cálcio pode ser obtido a partir da combustão do cálcio metálico de acordo com a equação:

Ca(s) + 1/2O2(g) → CaO(s)

Considere que a formação do óxido de cálcio é espontânea e que, para a reação acima, ΔHo = –800 kJ mol–1 e ΔSo = –240 J K–1mol–1. Determine o valor da temperatura, em Kelvin, para que essa reação deixe de ser espontânea.

a) 555,55 K

b) 222,22 K

c) 111,11 K

d) 333,33 K

e) 444,44 K

questão 3

(Unimontes) A energia livre de Gibbs (G) é uma grandeza termodinâmica cuja variação (ΔG) corresponde à máxima energia útil possível de ser retirada do sistema. Ela pode ser usada para prever a espontaneidade ou não do processo por meio da expressão ΔG = ΔH-T.ΔS, em que T.ΔS corresponde à energia para organizar o processo, e ΔH, à variação de entalpia. A uma mesma temperatura e pressão, têm-se os valores termodinâmicos a seguir para quatro reações químicas.

Todas as reações são espontâneas, EXCETO a

a) II.

b) IV.

c) III.

d) I.

questão 4

(UECE) Josiah Willard Gibbs (1839 – 1903) foi um pesquisador norte-americano que contribuiu para a determinação da energia livre de um sistema termodinâmico por meio de uma lei que é associada ao seu nome. Em se tratando de energia livre e de entropia, analise as seguintes proposições:

I. A energia livre pode ser positiva ou negativa, mas nunca pode ser nula.

II. A energia livre é a totalidade de energia de um sistema termodinâmico e pode ser usada para a realização de trabalho útil.

III. Toda a reação exotérmica é espontânea.

IV. A variação de entropia de uma reação espontânea pode ser negativa.

V. Em certas reações químicas, a variação de entalpia coincide com a variação da energia interna.

É correto o que se afirma somente em:

a) I e II.

b) III e IV.

c) I, III e V.

d) II, IV e V.

respostas
Questão 1

Letra c). A equação fornecida pelo enunciado apresenta ΔH e ΔS negativos. A fórmula em que essas duas variáveis são utilizadas é a da energia livre de Gibbs:

ΔG = ΔH – T.ΔS

Para que o sistema seja espontâneo, o ΔG deve ser negativo. Como o ΔS é negativo, o produto modular (T.ΔS) é positivo. Assim, o valor modular do ΔH deve ser maior que o produto T.ΔS.

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Questão 2

Letra d).

Dados do exercício:

  • T = ?

  • ΔHo = –800 kJ mol–1

  • ΔSo = –2400 J K–1mol–1

1o passo: converter a unidade em J para KJ do ΔS para igualar com a unidade do ΔHo.

Para tal, basta dividir o valor fornecido por 1000:

ΔSo = – 2400
          1000

ΔSo = – 2,40 J K–1mol–1

2o Passo: determinação da fórmula para a energia livre de Gibbs.

A fórmula para cálculo da energia livre de Gibbs utiliza a variação da entropia, a variação da entalpia e a temperatura.

ΔG = ΔH – T.ΔS

Porém, para que a reação não seja espontânea, o ΔG deve ser maior que zero.

ΔG > 0

logo,

ΔH – T.ΔS > 0

3o Passo: substituir os valores fornecidos pelo exercício na expressão para cálculo da energia de livre de Gibbs.

ΔH - T.ΔS > 0

-800 - T.(-2,40) > 0

-800 - 2,40.T > 0

2,4.T > 800

T > 800 
    2,4

T > 333,33 K

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Questão 3

Letra c). Analisando a tabela, a única reação em que o valor do ΔH é menor que a variação de energia de organização (T.∆S) é a III. Além disso, se jogarmos os valores fornecidos da reação III na fórmula do ΔG, teremos um resultado positivo, o que caracteriza um processo não espontâneo:

ΔG = ΔH - T.ΔS

ΔG = -4,4 - (-10,4)

ΔG = -4,4 + 10,4

ΔG = + 6 Kcal

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Questão 4

Letra d). Alguns itens estão incorretos porque:

I- Como o ΔG é o resultado da variação entre o ΔH e o produto T.ΔS, pode ser que o resultado seja nulo;

III- Para que a reação exotérmica seja espontânea, é necessário que a variação da entropia do sistema seja positiva, independentemente da temperatura, o que nem sempre acontece.

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