Aula 05 - Termodinâmica - Parte III

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Disciplina: Físico-química aplicada à farmácia
Aula 5: Termodinâmica – Parte III
Apresentação
A entropia é uma grandeza termodinâmica que está relacionada ao grau de desordem de um sistema. Como se trata de
uma medida, essa desordem pode ser calculada pela variação da entropia do sistema, que veremos como calcular nesta
aula.
A variação de entropia e a desordem de um sistema estão relacionados à espontaneidade de processos, que
aprenderemos a determinar a partir do cálculo da Energia Livre de Gibbs.
Objetivo
Realizar cálculos de Variação da Entropia;
Calcular a variação da energia Livre de Gibbs;
Determinar a espontaneidade de um processo através do cálculo da variação da energia Livre de Gibbs.
Cálculo da variação de entropia das reações químicas e processos
físicos
Um processo dito espontâneo tende a ocorrer sem a necessidade de ser provocado por uma in�uência externa.
 
Foi constatado que a espontaneidade das reações está relacionada à energia liberada pelo sistema e com a entropia (S), ou
seja, o grau de desordem do sistema.
Um sistema é dito ordenado quando o grau de agitação das moléculas que o compõe é baixo e, consequentemente, um
sistema está desordenado quando o grau de agitação das suas moléculas é elevado.
O cálculo da variação da entropia de uma reação química é feito com o objetivo de calcular a variação do grau de desordem
desse sistema, pois quanto maior for a desordem, maior será a variação da entropia.
Como não é possível medir a entropia absoluta de um sistema, mas, sim, a variação da entropia de um sistema S. Essa
variação é calculada a partir da seguinte expressão matemática:
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Veja os exemplos a seguir.
Exemplos
Exemplo 1
Tomemos como exemplo a reação de hidrogenação do benzeno:
C H (g) + 2 H (g) → C H (g)
Dados:
S C H = 48 cal/K.mol.
S H = 31,2 cal/K.mol.
S C H = 54,8 cal/K.mol.
Podemos calcular sua variação de entropia da seguinte forma:
ΔS = (54,8) – [48 + 2.(31,2)]
ΔS = 54,8 – [48 + 62,4]
ΔS = 54,8 -110,4
ΔS = - 55,6 cal/K.mol
O sinal negativo de ΔS pode ser relacionado ao fato de ter ocorrido diminuição do número de moléculas gasosas presentes no
sistema.
Exemplo 2
Outro exemplo que podemos tomar é a obtenção do ácido sulfúrico, que pode ser representado por:
2 2 2 2 6
2 2
2
2 6
S8 (s) + 12 O (g)+ 8 H O (l) → 8 H SO (l)
Dados:
S S = 255,2 J/K.mol.
S H O = 69,9 J/K.mol.
S O = 205,1 J/K.mol.
S H SO = 156,9 J/K.mol.
ΔS = ∑Sprodutos - ∑Sreagentes
ΔS = (8.156,9) – [1.(255,2) + 12.(205,1) + 8.(69,9)]
ΔS = 1255,2 - (255,2 + 2461,2 + 559,2)
ΔS = 1255,2 – 3275,6
ΔS = - 2020,4 J/K.mol
O valor da variação de entropia negativo mostra que a organização de átomos e moléculas no reagente é alta, indicando
que será necessário realizar trabalho sobre ela para ser espontânea. Há uma diminuição na desordem do sistema.
2 2 2 4
8
2
2
2 8
Saiba mais
Você sabe o que é Energia livre de Gibbs (ΔG)? Leia o texto Energia livre de Gibbs para seguirmos com a aula.
Resumo dos sinais de ΔG e exemplos de processos
O quadro a seguir mostra um resumo dos sinais de energia livre de Gibbs (ΔG) e exemplos de processos:
Possíveis valores, combinações e exemplos de energia livre
∆𝐻 ∆𝑆 𝑇. ∆𝑆 ∆𝐺 Espontaneidade da reação Exemplo
+ - - Sempre > 0 Não espontâneo Precipitação de sal na água do mar
- + + Sempre < 0 Espontânea Combustão
+ + + Se ∆𝐻 > 𝑇. ∆𝑆, então: > 0 
Se ∆𝐻 < 𝑇. ∆𝑆, então: < 0
Não espontâneo 
Espontânea
Evaporação da água no Alaska 
Evaporação da água no deserto
- - - Se ∆𝐻 < 𝑇. ∆𝑆, então: > 0 
Se ∆𝐻 > 𝑇. ∆𝑆, então: < 0
Não espontâneo 
Espontânea
Congelamento da água no deserto 
Congelamento da água no Alaska
 Fonte: Mundo educação.
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javascript:void(0);
Agora, vamos exempli�car um cálculo de ΔG:
A 25º C, a transformação isotérmica N O(g) → N (g) + ½ O (g)
Apresenta ΔH = - 19,5 Kcal/mol e ΔS = 0,018 cal/K.mol.
Qual é o valor do ΔG desse sistema em Kcal/mol? Esse processo é espontâneo nessa temperatura?
ΔH = - 19,5 Kcal/mol
ΔS = 18 cal/K.mol
T = 25º C + 273 = 298 K
ΔG = ΔH – T. ΔS
ΔG = - 19,5 – 298.0,018
ΔG = -19,5 – 5,364
ΔG = - 24,864 Kcal/mol
Como ΔG < 0 o processo é espontâneo a 298K.
2 2 2
 Fonte: pixabay.
Vida nos organismos aeróbios
A vida nos organismos aeróbios existe simplesmente porque eles derivam a energia livre contida na glicose, por exemplo, por
meio da oxidação, onde a entalpia é negativa.
 
Isso favorece um valor negativo de variação de energia livre, aumentando a entropia do ambiente quando estes liberam o CO e
H O de acordo com a reação de fotossíntese, expressa a seguir:
2
2
Atenção
Lembre-se de que os organismos vivos não estão em equilíbrio e o papel do metabolismo é obter e utilizar a energia livre para
realizar as funções biológicas que nos mantêm vivos por meio das vias metabólicas.
Reações exergônicas X reações endergônicas
Reações exergônicas
Reações exergônicas, ou reações espontâneas, são
chamadas dessa forma porque elas podem ocorrer sem a
adição de energia.
São reações que apresentam ∆G negativo, o que signi�ca
que os reagentes, ou o estado inicial, têm mais energia livre
do que os produtos, ou estado �nal.

Reações endergônicas
Reações endergônicas, ou reações não espontâneas, são
chamadas dessa forma porque não podem ocorrer sem a
adição de energia, ou sejam, eles precisam ganhar energia
para ocorrer.
São reações que apresentam ∆G positivo, o que signi�ca
que os reagentes, ou o estado inicial, têm menos energia
livre do que os produtos ou estado �nal.
Atenção
É importante observar que o termo espontâneo signi�ca que uma reação ocorre sem energia adicional, mas não diz nada sobre a
velocidade dessa reação. Uma reação espontânea pode demorar segundos para acontecer, mas também pode demorar dias,
anos ou séculos.
Velocidade de uma reação
Na �gura a seguir, vemos que a velocidade de uma reação depende do trajeto entre a etapa inicial e �nal (linhas roxas dos
diagramas a seguir que demonstram que a velocidade depende do caminho tomado pela reação), enquanto a espontaneidade
depende apenas dos próprios estados inicial e �nal, já que ΔH é a diferença entre o G dos produtos menos G dos reagentes
(seta vermelha).
 Fonte: All Khan Academy. O conteúdo está disponível gratuitamente em www.khanacademy.org.
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Atividade
1. O benzeno (C H ) é um composto orgânico líquido altamente tóxico que apresenta alta capacidade de desenvolver câncer. Ele
pode ser obtido industrialmente e servir de matéria-prima para uma série de compostos orgânicos.
A equação abaixo representa uma das reações de obtenção do benzeno: 
6 C(s) + 3 H (g) → C H (l)
Determine a variação da entropia da reação de formação do benzeno a partir do conhecimento da entropia de seus participantes:
(Dados: S = - 1,4 cal•K mol ; S = -34,6 cal•K mol ; SC = -173,2 cal•K mol ).
De acordo com o grá�co acima, indique a opção que completa, respectivamente, as lacunas da frase a seguir:
“A variação da entalpia, > ΔH, é ........; a reação é .......... porque se processa ............... calor.”
6 6
2 6 6
C
-1 -1
H2
-1 -1
H6 6
-1 -1
a) - 100 cal•K mol-1 -1
b) - 61 cal•K mol-1 -1
c) - 41 cal•K mol-1 -1
d) - 54 cal•K mol-1 -1
e) - 71 cal•K mol-1 -1
javascript:void(0);
2. (Mundo educação) A reação de formação do carbeto de cálcio, esquematizada abaixo, apresenta uma variação de entropia de
50 cal•K mol : 
CaO(s) + 3C(s) → CaC (s) + CO(g)
Marque a alternativa que apresenta o valor da entropia do óxido de cálcio, tendo como base a entropia de alguns participantes
proposta na tabela:
-1 -1
2
Substância Entropia (cal.K mol )
C 1,4
CaCO 16,7
CO 47
-1 -1
2
a) 10,5 cal•K mol-1 -1
b) 8,5 cal•K mol-1 -1
c) 9,5 cal•K mol-1 -1
d) 6,5 cal•K mol-1 -1
e) 5,5 cal•K mol-1 -1
3.(Questõesdosvestibulares.com) Determinar a espontaneidade da reação C2H2 + 2H2 → C2H6 à temperatura de 100°C.Dados:
ΔHC H = 54,2 Kcal/mol
ΔSH = 31,2 cal/K mol
ΔSC H = 48,0 cal/K mol
ΔHC H = -20,2 Kcal/mol
ΔSC H = 54,8 cal/K mol
2 2
2
2 2
2 6
2 6
a) ∆G = -57.300 cal e a reação é espontânea
b) ∆G = -57.300 cal e a reação não é espontânea
c) ∆G = -53.700 cal e a reação é espontânea
d) ∆G = -53.700 cal e a reação não é espontânea
4. A energia livre de Gibbs (G) é uma grandeza termodinâmica cuja variação (ΔG) corresponde à máxima energia útil possível de
ser retirada do sistema. Ela pode ser usada para prever a espontaneidade ou não do processo por meio da expressão ΔG = ΔH-
T.ΔS, em que T.ΔS corresponde à energia para organizar o processo, e ΔH, à variação de entalpia. A uma mesma temperatura e
pressão, têm-se os valores termodinâmicos a seguir para quatro reações químicas.
Todas as reações são espontâneas, EXCETO a:
Reações Variação de energia deorganização I.ΔS/Kcal
Variação da entalpia
ΔH/Kcal
I -16,8 -17,4
II -12,5 -135,4
III -10,4 -4,4
IV -1,4 -52,1
a) II.
b) IV.
c) III.
d) I.
e) I e IV.
5. O óxido de cálcio pode ser obtido a partir da combustão do cálcio metálico de acordo com a equação:
Ca(s) + 1/2O (g) → CaO(s)
Considere que a formação do óxido de cálcio é espontânea e que, para a reação acima, ΔHº = –800 kJ mol e ΔSº = –240 J K
mol . Determine o valor da temperatura, em Kelvin, para que essa reação deixe de ser espontânea.
2
–1 –
1 –1
a)555,55 K
b) 222,22 K
c) 111,11 K
d) 333,33 K
e) 444,44 K
Notas
Referências
ATKINS, P., PAULA, J., SMITH, D. Físico-química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
LEVINE, Ira. Físico-química. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
Próxima aula
Cinética química;
Velocidades de reações.
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