Uma amostra de 1,00 mol de argônio se expande isotermicamente, a 10 ºC, de 10,0 dm3 até 30,0 dm3 . Em cada processo a seguir, calcule q, w e ∆U: a)...

a) Para uma expansão isotérmica reversível, temos que q = -w e ∆U = 0. Como a expansão é isotérmica, a temperatura do gás permanece constante em 10 ºC. A variação de volume é de 20,0 dm³ (30,0 dm³ - 10,0 dm³). Como a pressão é constante, podemos utilizar a equação de trabalho para um gás ideal: w = -P∆V. A pressão do gás é dada pela equação dos gases ideais: PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de mols, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura absoluta. Substituindo os valores, temos: P = nRT/V = (1,00 mol x 8,31 J/mol.K x 283,15 K) / 10,0 dm³ = 23,5 kPa w = -P∆V = -(23,5 kPa x 20,0 dm³) = -4700 J q = -w = 4700 J b) Para uma expansão isotérmica contra uma pressão externa constante igual à pressão final do gás, temos que q = -w e ∆U = 0. A pressão externa é igual à pressão final do gás, que é dada pela equação dos gases ideais: PV = nRT. Substituindo os valores, temos: P = nRT/V = (1,00 mol x 8,31 J/mol.K x 283,15 K) / 30,0 dm³ = 7,84 kPa w = -P∆V = -(7,84 kPa x 20,0 dm³) = -1568 J q = -w = 1568 J c) Para uma expansão isotérmica contra uma pressão externa nula, temos que q = 0 e ∆U = -w. Como a pressão externa é nula, a expansão é feita de forma irreversível. A variação de volume é de 20,0 dm³. Podemos utilizar a equação de trabalho para um gás ideal: w = -P∆V, onde P é a pressão do gás. Como a pressão externa é nula, a pressão do gás também é nula. Portanto, temos: w = 0 q = 0 ∆U = -w = 0