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Espontaneidade de Reação G, H e S Prof. AMARÍLIO.

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1 Espontaneidade de Reação G, H e S Prof. AMARÍLIO

2 ESPONTANEIDADE Uma reação que ocorre por si mesma, sem a interferência de nenhuma força exterior, é chamada de espontânea. Se uma reação é espontânea sob certas condições, a reação inversa não é espontânea nas mesmas condições.

3 A variação de entalpia ( H) H = H f produtos - H f reagentes Reação exotérmica: H 0 # a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes. A espontaneidade é dependente da temperatura. A variação da entalpia não é.

4 Variação de Entropia ( S) S = S produtos - S reagentes A entropia de uma substância é uma propriedade característica. Entropia é uma medida do grau de desordem ou da aleatoriedade. As substâncias que estão altamente desordenadas possuem altas entropias.

5 Ex: em um cristal, onde os átomos, moléculas ou íons estão fixados em uma posição, a entropia é relativamente baixa. nos gases, onde as partículas adquirem mais liberdade, a entropia é alta.

6 Entropias molares padrão de elementos e substâncias A entropia de uma substância tem um valor fixo a uma determinada pressão e temperatura. entropias molares padrão são sempre positivas ( Sº > 0) ; os elementos e os compostos têm entropias padrão diferentes de zero; Sº sólidos < Sº liquidos < Sº gases

7 Entropias molares padrão de íons em solução Adota-se Sº H + (aq) = 0 Ex: 1. CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) Sº = Sº CaO (s) + Sº CO 2(g) - Sº CaCO 3 Sº = 39,7 J/K + 213,6 J/K – 92,9 J/K = 160,4 J/K

8 2. HCl (g) H + (aq) + Cl - (aq) Sº = Sº H + (aq) + Sº Cl - (aq) - Sº HCl (g) Sº = ,1 J/K -186,7 J/K = -131,6 J/K A variação da entropia é praticamente não afetada com o aumento da temperatura. Já quando se varia a pressão de um gás e/ou a concentração de um íon com solução, a variação da entropia é afetada.

9 Variação de energia livre ( G) Grandeza concebida por J. Willard Gibbs, afim de associar entalpia e entropia, e chegar a uma única função que pudesse determinar se a reação é espontânea. Para um reação executada a temperatura e pressão constantes ( G = G produtos - G reagentes ): G 0, reação não ocorre espontaneamente.

10 A relação entre G, H, S · Equação de Gibbs-Helmholtz: G = H - T S · Variação de energia livre padrão (1 atm, 1M): G 0 = H 0 - T S 0 · Energia livre de formação padrão ( G f 0 ) G f 0 = G f 0 produtos - G f 0 reagentes

11 Fatores que tendem a tornar G < 0 Um valor negativo de H: reações exotérmicas tendem a ser espontâneas, visto que contribuem para o valor negativo de G; Valor positivo de S: se a variação da entropia é positiva o termo -T S contribuirá negativamente para G.

12 Influências da temperatura na espontaneidade de uma reação Sua influência vai depender dos sinais relativos de H e S. H S G 1-+Sempre - 2+-Sempre a T baixa - a T alta 4--- a T baixa + a T alta

13 A G 0 para uma reação é função da pressão do gás ou da concentração do íon. Ex: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g, 1 atm) G 0 = -26,2 kJ CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g, 20 atm) G 0 = 5,4 kJ Sistema em equilibrio: T = H 0 / S 0 Pressão e Concentração

14 Termodinâmica - Primeira lei da termodinâmica: W = Q - U - Segunda lei da termodinâmica: É impossível construir uma máquina, operando em ciclos, que absorva calor a uma temperatura constante e o converta completamente em trabalho.

15 Eficiência máxima de uma máquina térmica 1.O calor é absorvido pela máquina a uma temperatura relativamente alta, T 2. 2.Parte do calor é convertido em trabalho mecânico útil. 3.O restante do calor é descarregado pela máquina para o meio ambiente a uma temperatura mais baixa, T 1. T 2 – T 1 T 2 Eficiência máxima =

16 A entropia, espontaneidade e o universo - Processo espontâneo: S sistema + S ambiente > 0 - Todos os processos naturais são espontâneos, portanto: Ambiente + Sistema = Universo A entropia do Universo é sempre crescente!

17 A variação de energia livre e a termodinâmica: - Para um processo ocorrendo a temperatura e pressão constantes, G 0 é uma medida da máxima quantidade de trabalho útil que pode ser obtida. CH 4(g) + 2 O 2(g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) G 0 25ºC = -818 kJ


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