Question

Em uma época, o gás doméstico utilizado para cozinhar, chamado gás de água, era preparado como se segue:

H2O(g) + C(grafite) → CO(g) + H2(g).

A partir das quantidades termodinâmicas listadas a seguir, preveja se essa reação ocorrerá espontaneamente a 298K. Se não, a que temperatura ela ocorrerá?

Answer 1

Após a realização dos cálculos necessários concluímos que a reação é não espontânea;

Para que ela ocorra de forma espontânea a temperatura deverá ser elevada acima de 399,25 K.

Reação que ocorre

H₂O(g) + C(grafite) → CO(g) + H₂(g)

- cálculo da Entalpia

$\Delta~H=Hp-Hr\\\\ \Delta~H=(-110,5~Kj/mo\ell+0)-(-241,8~Kj/mo\ell+0)\\ \\ \Delta~H=131,3~Kj/mo\ell$

- cálculo da Entropia (colocar a unidade j em Kj)

$\Delta~S=Sp-Sr\\ \\ \Delta~S=(0,1979~Kj/mo\ell.K+0,0288~Kj/mo\ell.K)-(0,1887~Kj/mo\ell.K+0,00852~Kj/mo\ell.K)\\ \\ \Delta~S=0,2267-0,19722\\ \\ \Delta~S=0,02948~Kj/mo\ell.K$

- cálculo da Energia livre de Gibbs

$\Delta~G=\Delta~H-T.\Delta~S\\ \\ \Delta~G=131,3~Kj/mo\ell-298~K\times0,03948Kj/mo\ell.K\\ \\ \Delta~G=131,3-11,76\\ \\ \Delta~G=119,53$

- como ΔG > 0 ==> reação não espontânea

- cálculo da temperatura para que a reação ocorra espontaneamente

$T=\dfrac{\Delta~G-\Delta~H}{\Delta~S} \\ \\ \\ T=\dfrac{119,63-131,3}{0,03948} \\ \\ T=399,25~K$

Lembre que:

- entalpia é a grandeza física que mede a quantidade de energia existente nas substâncias quando sofrem uma reação química;

- simplificando: a entalpia calcula a quantidade de calor absorvido ou liberado em uma reação química;

- pela Lei de Hess

∆H=Hp-Hr onde ∆H= variação da entalpia, Hp= entalpia dos produtos, Hr= entalpia dos reagentes

- entropia é a medida da desordem das moléculas presentes em um sistema químico e é dada por:

ΔS = Sp - Sr, onde ΔS = variação da entropia de um sistema, Sp = entropia dos produtos, Sr = entropia dos reagentes, unidade de medida= (cal/K.mol);

- Energia livre de Gibbs

ΔG < 0 (negativo): processo espontâneo

OU

ΔG > 0 (positivo): processo não espontâneo

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