Termodinâmica: Espontaneidade de uma reação e a entropia(s)

PRINCÍPIO DE THOMPSEN E BERTHELOT

“Dentre um conjunto de reações químicas possíveis, ocorrerá primeiro, espontaneamente, aquela que for mais exotérmica.”

Este, de fato, não é o único critério que deve ser levado em conta para prever a espontaneidade de uma reação.

ENTROPIA(S)

Procura estabelecer uma medida da desordem de uma transformação.

Uma transformação ou uma reação química tende a ser mais espontânea quando se verifica um aumento do seu grau desordem e, consequentemente, um aumento de entropia.

Exemplos:

I. Equilíbrio Térmico

II. Difusão

III. Mudança de Estado Físico

CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTROPIA (∆S)

ENTROPIA PADRÃO (S°)

A entropia de uma substância só seria igual a zero se a mesma se apresentasse na forma de um cristal perfeito e na temperatura de 0 K.
Mede-se então a quantidade de calor necessária para aquecer a substância desde o zero absoluto (suposto) até 25º C ou 298 K.

Ela também pode ser determinada, numa reação química, em função das energias livres dos componentes participantes.

I. CÁLCULO DO ∆S DE UMA DADA TRANSFORMAÇÃO

Considere a transformação representada pela equação abaixo:

(x)A + (y)B → (z)C + (w)D, onde x, y, z e w representam os coeficientes (número de mols) de cada espécie participante da transformação.

ENERGIA LIVRE DE GIBBS (∆G)

De forma definitiva, a espontaneidade de uma reação química esta relacionada com seus valores ∆H e ∆S. Para uma reação endotérmica com o ∆S é negativo, fica evidente a não espontaneidade, como também para uma reação exotérmica com o ∆S positivo também fica evidente a espontaneidade, mas quando ∆H e ∆S apresentam o mesmo sinal , como seria prevista a sua espontaneidade?

Gibbs propôs uma função de estado que leva em consideração esses dois fatores:

A Energia Livre de Gibbs (G) é uma grandeza termodinâmica, cuja variação (∆G) corresponde à máxima energia útil possível de ser retirada por um sistema. Também pode ser determinada, numa reação química, em função das energias livres dos componentes participantes.

CÁLCULO DO ∆G DE UMA DADA TRANSFORMAÇÃO

Considere a transformação representada pela equação abaixo:

(x)A + (y)B → (z)C + (w)D, onde x, y, z e w representam os coeficientes (número de mols) de cada espécie participante da transformação.

Em transformações isotérmicas podemos relacionar a Energia Livre com as pressões (final → p₂ e inicial → p₁) ou com os volumes (final → V₂ e inicial → V₁) pelas equações:

I. ENERGIA LIVRE PADRÃO DE FORMAÇÃO (ΔG⁰)

É o valor da Energia Livre a 1 atm e 298 K. Por convenção, a energia livre padrão de formação de elementos é igual a ZERO.

Quando uma substância gasosa se encontra a 298 K, porém numa pressão diferente de 1 atm, p, podemos determinar a sua Energia Livre nessas condições por:

Exemplo:

A conversão de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre é uma das etapas de formação da chuva ácida. Dados termodinâmicos, a 25° C são apresentados na tabela.