3b Lista Segunda Lei da Termodinamica

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Química das Transformações 
Lista de Exercícios 3b - Segunda e Terceira Leis da Termodinâmica 
 
01- “Entropia é uma medida de desordem e uma função de estado” 
Se fornecermos 10J de calor a um sistema a 273 K e a um sistema a 373 kelvins 
a mudança de entropia será a mesma ? Prove matematicamente (supondo que as 
quantidades de calor foram trocadas reversívelmente) e explique o que este 
resultado significa do ponto de vista da desordem dos estados. 
 
Resolva as próximas três questões com o seguinte texto: 
 “O engenheiro Sadi Carnot é considerado por muitos uns dos pais da 
termodinâmica, antes mesmo do estabelecimento das leis da termodinâmica já 
realizava seus consagrados estudos em máquinas térmicas. Imortalizado pelo seu 
famoso ciclo da máquina com máximo rendimento. Nesse ciclo o calor é 
absorvido pela máquina em uma expansão isotérmica e a parte excedente (o 
rendimento de nenhuma máquina pode ser 100%) é liberada em uma futura 
expansão isotérmica. Há também entre essas transformações isotérmicas, 
transformações adiabáticas. Ou seja, expansão isotérmica, expansão adiabática, 
compressão isotérmica e compressão adiabática completam o ciclo. Lembrando 
que o ciclo de Carnot é um processo constituído inteiramente de etapas 
reversíveis (maximizando o rendimento) e retorna ao mesmo estado inicial.” 
 
02- Utilizando como base, o que você esperaria da entropia durante as 
fases adiabáticas do ciclo? E então das fases isotérmicas? Desenhe um diagrama 
S x T para o ciclo de Carnot a partir de suas conclusões. 
 
03- A partir da questão 02, da última frase do texto e da afirmação “Entropia é uma 
função de estado”, quais etapas do ciclo de Carnot são espontâneas? Qual a 
variação de entropia do ciclo como um todo? 
 
04- Calcule a variação de entropia na expansão isotérmica (supondo que submetido 
ao ciclo estava somente 1 mol de gás ideal), sendo que o gás dobrou seu volume 
durante a expansão. Considerando que a expansão ocorreu a 300 K quando de 
calor foi absorvido pelo gás? 
 
05- Explique como passamos de para . 
 
06- Calcule a variação de entropia para a reação e para a vizinhança d neutralização 
completa de 1 mol de ácido clorídrico por um mol de hidróxido de sódio. 
 
07- “De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia aumenta em 
qualquer processo espontâneo.” 
A água passar do estado sólido para o estado líquido é um processo espontâneo 
nos trópicos, acontecendo um aumento da entropia, como previsto pela segunda 
lei de termodinâmica, porém nos trópicos a água passa do estado líquido para o 
sólido, ocorrendo uma diminuição na entropia, como explicar esse fato? 
 
08- Ao deixar dois frascos próximos um aluno notou que desta saia uma rala fumaça 
branca, nos rótulos indicava que um dos frascos continha ácido clorídrico e um 
frasco contendo solução aquosa de amônia. Confuso o aluno procurou o 
professor que explicou que os vapores dos frascos reagiam formando um sólido, 
conforme a reação abaixo: 
 NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) 
O aluno achou a reação suspeita, resolveu avaliar sua termodinâmica. Responda: 
a) A reação é espontânea do ponto de vista entrópico? Obtenha o valor de ΔS; 
b) A reação é espontânea do ponto de vista da entalpia? Obtenha o valor de ΔH; 
c) Expresse em uma única relação a espontaneidade da reação de acordo com a 
temperatura. Na temperatura ambiente a reação é espontânea (confirmando a 
reação proposta pelo professor) ou não (confirmando as suspeitas do aluno)? 
d) Em qual é a temperatura em que a reação passa de um processo espontâneo a 
um não espontâneo (ou vice versa)? 
 
09- A reação da questão anterior viola a segunda lei da termodinâmica “a entropia 
aumenta em qualquer processo espontâneo”? Justifique. 
 
10- Considere a reação abaixo nas condições de pressão e temperatura ambientes: 
Cdiamante→ Cgrafite 
Faça os cálculos de entalpia de reação, entropia de reação e energia livre. 
Responda em seguir se a reação irá ser espontânea ou não em temperatura 
ambiente. O que esse resultado pode nos dizer sobre os estudos 
termodinâmicos? 
 
11- No gráfico abaixo, retirado do livro “Princípios de química”, explique porque a 
linha do gráfico não é contínua para os três estados da matéria: sólido, líquido e 
gasoso. 
 
 
DESAFIO 
12- Na relação , o índice rev indica que o calor precisa ser trocado de 
forma reversível, no entanto a entropia pode ser calculada em processos 
irreversíveis. Sabendo que podemos escrever ·, e que uma integração 
é a soma de infinitos retângulos. Explique porque integrar a expressão é o 
mesmo que calcular o processo de maneira irreversível.