Uma reação química hipotética é representada pela seguinte equação: . Considere que esta reação seja realizada em um cilindro provido de um pistão, de massa desprezível, que se desloca sem atrito, mantendo-se constantes a pressão em e a temperatura em . Em relação a este sistema, são feitas as seguintes afirmações:
I. O calor trocado na reação é igual à variação de entalpia.
II. O trabalho realizado pelo sistema é igual a zero.
III. A variação da energia interna é menor do que a variação da entalpia.
IV. A variação da energia interna é igual a zero.
V. A variação da energia livre de Gibbs é igual à variação de entalpia.
Então, das afirmações acima, estão CORRETAS
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$• \ \text{Afirmativa I:}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
O conceito de entalpia é o calor trocado à pressão constante.
$• \ \text{Afirmativa II:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
Vamos pensar na primeira lei da termodinâmica conforme a situação:\begin{matrix}\Delta U = \Delta H - W &,& W = (\Delta n_{gás})RT
\end{matrix}Como $\Delta n \ne 0$, o trabalho realizado não é nulo.
$• \ \text{Afirmativa III:}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
Novamente, pela primeira lei da termodinâmica: \begin{matrix}\Delta U = \Delta H - (\Delta n_{gás})RT
\end{matrix}Conforme reação, sabemos que $\Delta n > 0$, logo, $|\Delta U| < |\Delta H| $.
$• \ \text{Afirmativa IV:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
O processo é isotérmico, contudo, existe uma reação no sistema. No caso, repare que há variação no número de moléculas no sistema, podemos então escrever:\begin{matrix}
U_{inicial} = \dfrac{3}{2}(2)RT &,&U_{final} = \dfrac{3}{2}(3)RT &
\end{matrix}Portanto, a variação é diferente de zero.
$\color{orangered}{\text{Obs:}}$ Estamos considerando a completa idealidade, em que os gases são ideias, assim como as espécies são monoatômicas. Do contrário, teríamos mais certeza ainda que a variação é diferente de zero.
$• \ \text{Afirmativa V:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
Escrevendo a equação para energia livre:\begin{matrix}\Delta G = \Delta H - T\Delta S
\end{matrix}Para que a energia livre seja igual a entalpia, necessitamos que a entropia seja zero. Todavia, isto não deve ocorrer, visto que o sistema se torna menos ordenado conforme a reação - afinal mais moléculas estão sendo produzidas.\begin{matrix}Letra \ (B)
\end{matrix}
