22.14.16: Capítulo 16

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Uma reação tem uma tendência natural de ocorrer e ocorre sem a entrada contínua de energia de uma fonte externa.

(a) espontâneo; (b) não espontâneo; (c) espontâneo; (d) não espontâneo; (e) espontâneo; (f) espontâneo

Embora a oxidação dos plásticos seja espontânea, a taxa de oxidação é muito lenta. Os plásticos são, portanto, cineticamente estáveis e não se decompõem consideravelmente, mesmo em períodos de tempo relativamente longos.

Existem quatro microestados iniciais e quatro microestados finais.
$Δ S = k ln \frac{W_{f}}{W_{eu}} = 1,38 \times 10^{−23} J/K \times ln \frac{4}{4} = 0$

A probabilidade de todas as partículas estarem em um lado é $\frac{1}{32} .$ Essa probabilidade é visivelmente menor do que a $\frac{1}{8}$ resultado para o sistema de quatro partículas. A conclusão que podemos fazer é que a probabilidade de todas as partículas permanecerem em apenas uma parte do sistema diminuirá rapidamente à medida que o número de partículas aumentar e, por exemplo, a probabilidade de todas as moléculas de gás se acumularem em apenas um lado de uma sala à temperatura e pressão ambiente é insignificante, pois o número de moléculas de gás na sala é muito grande.

11.

Há apenas um estado inicial. Para o estado final, a energia pode estar contida nos pares A-C, A-D, B-C ou B-D. Portanto, há quatro estados finais possíveis.
$Δ S = k ln (\frac{W_{f}}{W_{eu}}) = 1,38 \times 10^{- 23} J/K \times ln (\frac{4}{1}) = 1,91 \times 10^{- 23} J/K$

13.

As massas dessas moléculas sugeririam a tendência oposta em suas entropias. A tendência observada é resultado da variação mais significativa da entropia com um estado físico. À temperatura ambiente, I ₂ é um sólido, Br ₂ é um líquido e Cl ₂ é um gás.

15.

(a) C ₃ H ₇ OH (l), pois é uma molécula maior (mais complexa e mais massiva) e, portanto, mais microestados descrevendo seus movimentos estão disponíveis a qualquer temperatura. (b) C ₂ H ₅ OH (g), pois está no estado gasoso. (c) 2H (g), uma vez que a entropia é uma propriedade extensa e, portanto, dois átomos de H (ou dois moles de átomos de H) possuem o dobro da entropia de um átomo (ou um mol de átomos).

17.

(a) Negativo. A precipitação sólida relativamente ordenada diminui o número de íons móveis na solução. (b) Negativo. Há uma perda líquida de três moles de gás de reagentes para produtos. (c) Positivo. Há um aumento líquido de sete moles de gás de reagentes para produtos.

19.

$C_{6} H_{6} (l) + 7.5 O_{2} (g) ⟶ {3H}_{2} O (g) + {6CO}_{2} (g)$
Existem 7,5 moles de gás inicialmente e 3 + 6 = 9 moles de gás no final. Portanto, é provável que a entropia aumente como resultado dessa reação, e ΔS seja positivo.

21.

(a) 107 J/K; (b) −86,4 J/K; (c) 133,2 J/K; (d) 118,8 J/K; (e) −326,6 J/K; (f) −171,9 J/K; (g) −7,2 J/K

23.

10,6 KG/K

25.

(a) −198,1 J/K; (b) −348,9 J/K

27.

Como ΔS _univ < 0 em cada uma dessas temperaturas, a fusão não é espontânea em nenhuma delas. Os valores dados para entropia e entalpia são para NaCl a 298 K. Supõe-se que eles não mudem significativamente nas temperaturas mais altas usadas no problema.

29.

(a) 2,86 J/K; (b) 24,8 J/K; (c) −113,2 J/K; (d) −24,7 J/K; (e) 15,5 J/K; (f) 290,0 J/K

31.

A reação não é espontânea à temperatura ambiente.
Acima de 400 K, ΔG se tornará negativo e a reação se tornará espontânea.

33.

(a) 465,1 kJ não espontâneo; (b) −106,86 kJ espontâneo; (c) −291,9 kJ espontâneo; (d) −83,4 kJ espontâneo; (e) −406,7 kJ espontâneo; (f) −154,3 kJ espontâneo

35.

(a) A energia livre padrão de formação é de —1124,3 kJ/mol. (b) O cálculo concorda com o valor no Apêndice G porque a energia livre é uma função de estado (assim como a entalpia e a entropia), então sua mudança depende apenas dos estados inicial e final, não do caminho entre eles.

37.

(a) A reação não é espontânea; (b) Acima de 566° C, o processo é espontâneo.

39.

(a) 1,5 $\times$ 10 ² kJ; (b) −21,9 kJ; (c) −5,34 kJ; (d) −0,383 kJ; (e) 18 kJ; (f) 71 kJ

41.

(a) K = 41; (b) K = 0,053; (c) K = 6,9 $\times$ 10 ¹³; (d) K = 1,9; (e) K = 0,04

43.

Em cada um dos itens a seguir, o valor de ΔG não é dado à temperatura da reação. Portanto, devemos calcular ΔG a partir dos valores ΔH° e ΔS e, em seguida, calcular ΔG a partir da relação ΔG = ΔH° − T ΔS°. (a) K = 1,07 × 10 ⁻¹³; (b) K = 2,51 $\times$ 10 ⁻³; (c) K = 4,83 $\times$ 10 ³; (d) K = 0,219; (e) K = 16,1

45.

A mudança de energia livre padrão é $Δ G^{°} = − R T ln K = 4,84 kJ/mol .$ Quando reagentes e produtos estão em seus estados padrão (1 bar ou 1 atm), Q = 1. À medida que a reação avança em direção ao equilíbrio, a reação muda para a esquerda (a quantidade de produtos diminui enquanto a quantidade de reagentes aumenta): Q < 1 e $Δ G$ se torna menos positivo à medida que se aproxima de zero. Em equilíbrio, Q = K e ΔG = 0.

47.

A reação será espontânea em temperaturas superiores a 287 K.

49.

K = 5,35 $\times$ 10 ¹⁵; O processo é exotérmico.

51.

1,0 $\times$ 10 ⁻⁸ atm. Esta é a pressão máxima dos gases nas condições indicadas.

53.

$x = 1,29 \times 10^{- 5} caixa eletrônico = P_{O_{2}}$

55.

−0,16 kJ

56.

(a) 2,1 kJ; (b) 98,9 kJ/mol

58.

90 kJ/mol

60.

(a) Em condições termodinâmicas padrão, a evaporação não é espontânea; (b) K _p = 0,031; (c) A evaporação da água é espontânea; (d) $P_{H_{2} O}$ deve ser sempre menor que K _p ou menor que 0,031 atm. 0,031 atm representa ar saturado com vapor de água a 25 °C, ou 100% de umidade.

62.

(a) Não espontâneo como $Δ G^{°} > 0;$ (b) $Δ G = Δ G^{°} + R T ln Q,$ $Δ G = 1.7 \times 10^{3} + (8.314 \times 310 \times ln \frac{28}{120}) = −2,1 kJ .$ A reação direta para produzir F6P é espontânea nessas condições.

64.

ΔG é negativo porque o processo é espontâneo. ΔH é positivo, pois com a solução ficando fria, a dissolução deve ser endotérmica. ΔS deve ser positivo, pois isso impulsiona o processo e é esperado para a dissolução de qualquer composto iônico solúvel.

66.

(a) Aumentar a pressão parcial de oxigênio produzirá uma diminuição em Q e $Δ G$ assim se torna mais negativo. (b) Aumentar a pressão parcial de oxigênio produzirá uma diminuição em Q e $Δ G$ assim se torna mais negativo. (c) Aumentar a pressão parcial de oxigênio produzirá um aumento em Q e $Δ G$ assim se torna mais positivo.