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Questão de Química — Termodinâmica: Energia Interna, Trabalho, Energia Livre de Gibbs e Entropia — FGV 2025

QuímicaTermodinâmica: Energia Interna, Trabalho, Energia Livre de Gibbs e Entropia
Código
fg116592
Banca
FGV
Órgão
PC-MG
Ano
2025
Nível
Superior
Cargo
Perito Criminal - Área I
O óxido de cobre pode ser produzido de diversas maneiras e, devido às suas propriedades únicas, ele encontra aplicações em diversas áreas, tais como, indústria de cerâmica, catalisadores e semicondutores.Um dos métodos mais comuns envolve a oxidação do metal cobre em presença de ar. São conhecidas a 298K, as seguintes entalpias e entropias a T e P constantes:Imagem associada para resolução da questãoEm relação ao óxido de cobre, assinale a afirmativa correta.
  1. AO CuO tem maior tendência de se formar do que o Cu₂O, pois o CuO tem maior variação de entropia.
  2. BO Cu₂O não tem tendência de se formar, pois o cálculo da variação da energia de Gibbs é maior que zero.
  3. CA variação da energia de Gibbs para a formação do Cu₂O é menor, logo tem maior tendência de se formar do que o CuO.
  4. DA variação da energia de Gibbs para a formação do CuO é menor, logo tem maior tendência de se formar do que o Cu₂O.
  5. EO cálculo da variação da energia de Gibbs na formação do CuO e Cu₂O são iguais a zero, logo não se formarão durante a oxidação.
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GabaritoC — A variação da energia de Gibbs para a formação do Cu₂O é menor, logo tem maior tendência de se formar do que o CuO.

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.

Termodinâmica: Energia Livre de Gibbs e Espontaneidade

Gabarito: letra C. A espontaneidade de uma reação química é determinada pela variação da energia livre de Gibbs (ΔG\Delta G), sendo que quanto mais negativo for o valor de ΔG\Delta G, maior é a tendência de formação do produto. Como o cálculo da variação da energia de Gibbs para a formação do Cu2OCu_2O resulta em um valor mais negativo (menor) do que para o CuOCuO, o Cu2OCu_2O apresenta maior tendência de formação.

Para avaliar a tendência de formação, utilizamos a equação fundamental da termodinâmica: ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S. A partir dos dados fornecidos na tabela, calculamos a variação de entalpia (ΔHreac\ca~o\Delta H_{reação}) e a variação de entropia (ΔSreac\ca~o\Delta S_{reação}) para as reações de oxidação do cobre:

  1. Formação do CuOCuO: Cu+0,5O2→CuOCu + 0,5 O_2 \rightarrow CuO

    • ΔH=−37−(0+0)=−37 Kcal/mol\Delta H = -37 - (0 + 0) = -37 \text{ Kcal/mol}

    • ΔS=10,4−(7,97+0,5×49)=10,4−32,47=−22,07 Kcal/mol K\Delta S = 10,4 - (7,97 + 0,5 \times 49) = 10,4 - 32,47 = -22,07 \text{ Kcal/mol K}

    • ΔGCuO=−37−(298×−0,02207)≈−30,42 Kcal/mol\Delta G_{CuO} = -37 - (298 \times -0,02207) \approx -30,42 \text{ Kcal/mol}

  1. Formação do Cu2OCu_2O: 2Cu+0,5O2→Cu2O2 Cu + 0,5 O_2 \rightarrow Cu_2O

    • ΔH=−39,84−(0+0)=−39,84 Kcal/mol\Delta H = -39,84 - (0 + 0) = -39,84 \text{ Kcal/mol}

    • ΔS=24,1−(2×7,97+0,5×49)=24,1−40,44=−16,34 Kcal/mol K\Delta S = 24,1 - (2 \times 7,97 + 0,5 \times 49) = 24,1 - 40,44 = -16,34 \text{ Kcal/mol K}

    • ΔGCu2O=−39,84−(298×−0,01634)≈−34,97 Kcal/mol\Delta G_{Cu_2O} = -39,84 - (298 \times -0,01634) \approx -34,97 \text{ Kcal/mol}

Comparando os valores, ΔGCu2O<ΔGCuO\Delta G_{Cu_2O} < \Delta G_{CuO}, o que confirma a maior estabilidade e tendência de formação do Cu2OCu_2O.

Alternativa A — ❌ Incorreta

O valor da entropia isolado não determina a espontaneidade. A tendência de formação depende do valor de ΔG\Delta G, que considera tanto a entalpia quanto a entropia e a temperatura.

Alternativa B — ❌ Incorreta

O cálculo de ΔG\Delta G para a formação do Cu2OCu_2O resulta em um valor negativo, indicando que a reação é espontânea e, portanto, o composto tem tendência de se formar.

Alternativa C — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Como demonstrado pelo cálculo, a variação da energia de Gibbs para a formação do Cu2OCu_2O é mais negativa (menor) do que a do CuOCuO, o que implica maior espontaneidade e maior tendência de formação.

Alternativa D — ❌ Incorreta

Inverte a conclusão termodinâmica. O CuOCuO possui um ΔG\Delta G menos negativo que o Cu2OCu_2O, logo, apresenta menor tendência de formação em comparação ao óxido cuproso.

Alternativa E — ❌ Incorreta

Os valores de ΔG\Delta G de formação não são iguais a zero. Reações com ΔG\Delta G negativo são espontâneas e ocorrem naturalmente sob as condições dadas.

PEGA ESSA DICA!

Lembre-se que em termodinâmica, o sinal de ΔG\Delta G é o critério definitivo de espontaneidade: ΔG<0\Delta G < 0 (espontâneo), ΔG=0\Delta G = 0 (equilíbrio) e ΔG>0\Delta G > 0 (não espontâneo). Quanto mais negativo, maior a afinidade química e a estabilidade do produto formado.

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