São descritos abaixo dois experimentos, e , nos quais há sublimação completa de uma mesma quantidade de dióxido de carbono no estado sólido a :
I - O processo é realizado em um recipiente hermeticamente fechado, de paredes rígidas e indeformáveis.
II - O processo é realizado em cilindro provido de um pistão, cuja massa é desprezível e se desloca sem atrito.
A respeito da variação da energia interna do sistema ( ), calor () e trabalho (), nos experimentos e , assinale a opção que contém a afirmação ERRADA.
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A princípio, em ambos os experimentos as reações são as mesmas, ou seja, a entalpia do processo é idêntica, o que nos permite dizer que $q_{I} = q_{II}$. Analogamente, nota-se que o processo é endotérmico, visto que a sublimação é do sólido para o gasoso, isto é, atribui-se calor no intuito de aumentar a energia potencial das moléculas visando o rearranjo/cisão de interações intermoleculares, assim permitindo a passagem do sólido para o gasoso. Com isso, vamos analisar as alternativas:
$• \ \text{Alternativa (A):}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
Conforme análise anterior, já sabemos que o processo é endotérmico. Contudo, você também poderia partir da primeira lei da termodinâmica:\begin{matrix} \Delta U_I = q_I - w_I
\end{matrix}Pondere que $w_I = 0$, pois o recipiente é hermeticamente fechado e indeformável, ou seja, o processo é isocórico. Além disso, sabemos que a transformação é do sólido para o gasoso, então:\begin{matrix}
\Delta U_I = \dfrac{5}{2} \Delta n_{gás} RT >0 &\because& \Delta n_{gás} >0
\end{matrix}Consequentemente, o resultado segue.
$• \ \text{Alternativa (B):}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
O segundo processo não é isocórico como o primeiro, tal que $w_{II} \ne 0$.
$• \ \text{Alternativa (C):}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
Partindo da primeira lei da termodinâmica:\begin{matrix}
\Delta U_I = q_I - w_I &,& \Delta U_{II} = q_{II} - w_{II}
\end{matrix}Já sabemos que $q_I = q_{II}$, assim como $w_I =0$, por conseguinte, a análise se restringe ao $w_{II}$. Não é difícil dizer que este é positivo, afinal, o volume deve aumentar após a transformação em gás. (Pense assim, ao transformar o sólido em gás, estaremos aumentando a pressão do sistema, e este por sua vez aplicará uma força maior no pistão, consequentemente, o pistão irá subir aumentando o volume do recipiente, isto a fim de reestabelecer a pressão do sistema). Desse forma, têm-se:\begin{matrix}
\Delta U_I = q &,& \Delta U_{II} = q - w_{II} &,& w_{II} > 0
\end{matrix}Portanto,\begin{matrix}\Delta U_{I} > \Delta U_{II}
\end{matrix}$• \ \text{Alternativa (D):}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
Conforme análises anteriores.
$• \ \text{Alternativa (E):}$ $\color{orangered}{\text{Errada}}$
Visto que $w_{II} \ne 0$, a proposição em questão não é válida.\begin{matrix}Letra \ (E)
\end{matrix}