Certa reação química, ocorrida em pressão atmosférica, apresentou as seguintes variações termodinâmicas: 55 kJ. mol-1 de energia deixou o sistema na forma de calor (Q) e 15 kJ . mol-1 deixou o sistema na forma de trabalho (W) de expansão. Considerando os dados fornecidos sobre o sistema, assinale a afirmativa correta.
- A)A entalpia será –55 kJ.mol-1 e a energia interna –70 kJ.mol-1 .
Correta: em pressão constante, ΔH = q = -55 kJ.mol-1, e pela 1ª lei ΔU = q + w = -55 + (-15) = -70 kJ.mol-1.
- B)A entropia (ΔS) será 50 kJ . mol-1 e a energia de Gibbs(ΔG) 30 kJ . mol-1 .
Errada: entropia e energia de Gibbs não podem ser obtidas diretamente com esses dados, e os valores apresentados não fazem sentido para as grandezas citadas.
- C)O processo é exotérmico e a energia interna do sistema será 30 kJ . mol-1 .
Errada: o processo realmente é exotérmico, mas a energia interna não é 30 kJ.mol-1; pela conta correta, ΔU = -70 kJ.mol-1.
- D)Sabendo que 15 kJ . mol-1 foram usados para a realização de trabalho, pela primeira lei da termodinâmica, esta condição pode ser escrita como ΔU = 15 – TΔS.
Errada: a expressão da 1ª lei está incorreta, pois não se escreve ΔU = 15 - TΔS nesse contexto; aqui o correto é usar ΔU = q + w.
Gabarito: A
Em transformações químicas, o ponto-chave é saber o sinal das trocas de energia. Se o sistema perde calor, temos q negativo; se o sistema realiza trabalho de expansão, esse trabalho também sai do sistema e, pela convenção mais usada em Química, entra com sinal negativo. Aqui, saíram 55 kJ.mol-1 em forma de calor e 15 kJ.mol-1 em forma de trabalho, então q = -55 e w = -15. Pela 1ª lei da Termodinâmica, a variação da energia interna é ΔU = q + w. Fazendo a conta, ΔU = -55 + (-15) = -70 kJ.mol-1. Como o processo ocorreu em pressão atmosférica, o calor trocado a pressão constante corresponde à variação de entalpia: ΔH = qp = -55 kJ.mol-1. Ou seja, o sistema perdeu energia nas duas frentes: calor e trabalho. Isso caracteriza um processo exotérmico, mas o valor pedido na alternativa correta é a entalpia e a energia interna, exatamente como aparece na letra A. A banca costuma cobrar bastante essa diferença entre calor, trabalho, ΔU e ΔH, então vale decorar a trilha: pressão constante -> ΔH, e primeira lei -> ΔU = q + w.