FFQ avaliação 2

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FUNDAMENTOS DE FÍSICO-QUÍMICA
Segunda Avaliação
1. Explique um critério simples para um processo ser classificado como espontâneo.
A entropia e a desordem de um sistema têm a ver com a espontaneidade de processos físicos.
Se a entropia e a desordem aumentam, quer dizer que o processo é espontâneo. Um exemplo
é a queda de um copo de vidro, esse é um processo espontâneo, em que a desordem do
sistema aumenta. Os cacos do copo quebrado subirem sozinhos e recuperarem o copo, não
ocorre, não é espontâneo e é irreversível.
2. Explique em termos moleculares por que a entropia de um gás aumenta
(a) Com o volume: Quando o número de estados que o gás árgon, ocupa num
volume muito maior que o seu confinada ao frasco. A entropia do gás
aumenta quando o argônio escapa.
(b) Com a temperatura: Quanto maior a temperatura, maior é a agitação molecular e,
consequentemente, maior é a desordem das moléculas que compõem essa substância.
3. Justifique a identificação da entropia estatística com a entropia termodinâmica.
Tomada como ponto de partida para a discussão da segunda lei, a identificação estatística
simplifica a introdução do conceito de entropia. Fornece diretamente uma interpretação
intuitiva da entropia (contagem). A irreversibilidade tem uma explicação simples. Já, a entropia
(S) é a grandeza termodinâmica que mede o grau de desordem de um sistema.
4. Sob que circunstâncias as propriedades do sistema sozinhas podem ser usadas para
identificar a direção da transformação espontânea?
Um processo espontâneo pode acontecer rapidamente ou lentamente, porque a
espontaneidade do processo não está relacionada à sua cinética ou velocidade de reação. De
acordo com a segunda lei da termodinâmica, qualquer processo espontâneo deve aumentar a
entropia do universo. Isto pode ser expresso matematicamente da seguinte forma:
ΔSuniverso=ΔSsistema+ΔSvizinhanças>0 (Para um processo espontâneo).
Exemplo disso é a corrosão de objetos de ferro, os processos de fusão, vaporização e
sublimação de substâncias, reações de combustão.
Quando ΔG<0, o processo é exergônico e se processará espontaneamente no sentido direto
para formar mais produtos.
Quando ΔG>0 o processo é endergônico e não se processará no sentido direto. Pelo contrário,
ele se processará espontaneamente no sentido inverso para gerar mais reagentes. Quando
ΔG=0 o sistema está em equilíbrio e as concentrações dos produtos e reagentes
permanecerão constantes.
Por outro lado, quando essas transformações precisam ser induzidas numa direção contrária,
elas são classificadas como processos não espontâneos.
5. A evolução da vida exige organização de um grande número de moléculas nas células
biológicas. A formação de organismos vivos viola a Segunda Lei da Termodinâmica? Explique
claramente sua conclusão e apresente argumentos detalhados para apoiá-la.
Todo nosso comportamento está em concordância com o aumento da entropia preconizado
pela segunda lei da termodinâmica, quando somos crianças, por exemplo, tendemos a
bagunçar tudo o que encontramos pela frente, aumentando a desordem do sistema envolta.
Porém, quando vamos analisar a organização da vida na Terra, encontramos um alto nível de
ordem já que existem muitos sistemas complexos trabalhando em sincronia. Essa ordem é
possível, somente, com a importação de energia livre na forma de nutrientes que serão
transformados em energia e biomoléculas.
6. Suponha que quando se exercita, você consome 100g de glicose e que toda a energia
liberada com o calor permanece em seu corpo a 37°C.Qual a variação de entropia do seu
corpo?
Massa molar: M(C6H12O6)=180g/mol
∆cH = -2808 kJ para cada 180g
−2808kJ------------180g
Qrev-------------100g
Qrev= −1560kJQ
Logo: ΔS=QrevθK= −1560kJ(273+37)k→ ΔSc= −5.03Kj
7. Em determinada reação biológica, que ocorre no corpo a 37°C, a variação de entalpia é de –
135kJ/mol e a variação de entropia é – 136J/K.mol.
a. Calcule a variação da energia livre de Gibbs
ΔH= -135 KJ/mol
ΔS= -136/ K.mol ou 0,136
T= 37C°+273K= 310K
ΔG°= ΔH – T. ΔS
ΔG°= -135 – 310.0,136
ΔG°= -92,84 kJ·mol-1
b. A reação é espontânea? Justifique sua resposta.
Sim, pois ΔG é negativa.
c. Calcule a variação total de entropia do sistema e das vizinhanças.
RESPOSTA: +283 J.K-1 mol-1
8. A variação de energia de Gibbs que ocorre na oxidação de C6H12O6(s), formando dióxido de
carbono e vapor de água, a 25°C, é – 2828 kJ/mol. Quanta glicose uma pessoa com um peso de
65 kg precisa consumir para subir 10m de altura?
M(C6H12O6) = 6(12) + 1(12) + 16(6) = 180 g/mol
C6H12O6(s)+[6]O2(g)→[6]CO2(g)+[6]H2O(g)
ΔGo= −2828kJ.mol−1.
Wpessoa=mgh=65×9.8×10=6,370kJ
Temos:
ΔGo=ΔHo−TΔSo→ΔHo=ΔGo+TΔSo
ΔH° = (-2828x10^3J/mol) + ((273 + 25K)(262J/K.mol)
ΔH° = 2749,924 kJ/mol}
180g ----- 2749,924 kJ
m ------ 6,370kJ -> m(glicose)≅ 0.41
9. A hidrólise do fosfato de acetila tem ∆G = - 42kJ/mol, nas condições biológicas típicas. Se o
fosfato de acetila fosse sintetizado pelo acoplamento com a hidrólise de ATP, qual o número
mínimo de moléculas de ATP que precisariam estar envolvidas?
A hidrólise do fosfato de acetila, tem ∆G = -42kJ.mol-1, ∆G = + 42kJ.mol-1. Cada 1 mol de ATP
libera = -30,5.
(42kJ.mol-1) ÷ (30,5kJ.mol) = 1,37 mol de ATP para suprir a energia necessária para a
fosforilação do fosfato de acetila.
1mol de ATP ----- 6,02.10^23
1,37mol de ATP --- x
x= 8,25.10^23 moléculas de ATP.
10. Admita que o raio de uma célula típica seja 10µm e que dentro dessa célula 106 moléculas
de ATP são hidrolisadas a cada segundo. Qual é a densidade de potência da célula em watts por
metro cúbico (1W = 1J/s)? Uma bateria de computador desprende, aproximadamente, 15W e
tem um volume de 100 cm3. Tem maior densidade de potência: a célula ou a bateria? (para
dados, veja a questão 9).