Em sistemas químicos reais, as reações nem sempre ocorrem em condições padrão. À medida que os reagentes são consumidos e os produtos se acumulam, a espontaneidade do processo pode ser avaliada por meio da energia livre de Gibbs em condições não padrão (ΔGr). Essa grandeza relaciona o valor padrão da reação (ΔGr0) ao quociente da reação (Q), permitindo verificar, em qualquer estágio, se a transformação ainda é termodinamicamente favorecida. Fonte: BURGO, T. A. L. Físico-Química II. Florianópolis: Arqué, 2025. Considere uma reação química conduzida a 298 K, para a qual a energia livre padrão de reação é ΔGr0= −4,0 kJ.mol-1. Em determinado instante do processo, o quociente da reação apresenta valor Q = 4. Adotando R = 8,314 J.mol-1.K-1 e ln(4) = 1,386, determine o sinal de ΔGr e assinale a alternativa correta. Alternativas Alternativa 1: Nulo. Alternativa 2: Positivo. Alternativa 3: Negativo. Alternativa 4: Indefinido. Alternativa 5: Depende apenas da temperatura.

Alternativa 3 - Negativo

Para determinar o sinal de ΔGr em condições não padrão, utilizamos a equação fundamental da termododinâmica química que relaciona a energia livre de Gibbs com o quociente de reação.

Fórmula Fundamental

A relação entre a energia livre em condições não padrão e as condições padrão é dada por:

$$\Delta Gr = \Delta Gr^\circ + RT \ln(Q)$$

Onde:

• $\Delta G_r$ = energia livre de Gibbs em condições não padrão
• $\Delta G_r^\circ$ = energia livre padrão de reação
• $R$ = constante dos gases ideais
• $T$ = temperatura absoluta
• $Q$ = quociente da reação

Dados do Problema

⚠️ Atenção às unidades: A constante R está em J/mol·K enquanto $\Delta G_r^\circ$ está em kJ/mol. Precisamos converter para manter a consistência.

Cálculo Passo a Passo

Passo 1: Converter $\Delta G_r^\circ$ para Joules

$$\Delta G_r^\circ = -4,0 \text{ kJ/mol} = -4000 \text{ J/mol}$$

Passo 2: Calcular o termo RT ln(Q)

$$RT \ln(Q) = 8,314 \times 298 \times 1,386$$

$$= 2477,572 \times 1,386$$

$$\approx 3434 \text{ J/mol} = 3,434 \text{ kJ/mol}$$

Passo 3: Calcular $\Delta G_r$ final

$$\Delta G_r = -4,0 \text{ kJ/mol} + 3,434 \text{ kJ/mol}$$

$$\Delta G_r = -0,566 \text{ kJ/mol}$$

Análise do Resultado

O valor calculado é aproximadamente -0,57 kJ/mol, que é um número negativo.

Isso significa que mesmo com Q = 4 (produtos acumulados), a reação ainda é termodinamicamente favorecida na direção direta, pois $\Delta G_r < 0$.

Por que isso acontece?

Como nosso cálculo resultou em um valor negativo, a alternativa correta é a 3ª.

Conclusão

O sinal de $\Delta G_r$ é negativo, indicando que a reação continua sendo termodinamicamente favorecida neste instante do processo.

Alternativa 3.