EPISÓDIO-103-ENTROPIA SEM MISTÉRIO QUANDO O UNIVERSO PREFERE A BAGUNÇA

EPISÓDIO-103-ENTROPIA SEM MISTÉRIO QUANDO O UNIVERSO PREFERE A BAGUNÇA

Hoje vamos falar sobre um conceito que envolve desordem, caos, energia e... bagunça! Nosso assunto de hoje é a Entropia! Já ouviu falar? Se não, fica aqui com a gente que hoje o papo tá imperdível!

Vamos começar definindo o que é essa tal de entropia. A palavra "entropia" soa complicada, mas o conceito é bem interessante e fácil de entender. Em poucas palavras, entropia é uma medida do grau de desordem ou aleatoriedade das partículas em um sistema. Um quarto é um exemplo! Quanto mais o tempo passa, mais bagunçado ele fica. Isso quer dizer que a entropia está aumentando? Quanto mais desorganizado o sistema estiver, maior será sua entropia. Em termos físicos, a entropia está relacionada ao número de maneiras diferentes que um sistema pode se organizar. Falando mais tecnicamente, a entropia é representada pela letra S, e sua variação é simbolizada por ΔS. A unidade padrão é Joule por mol por Kelvin, ou seja, J·mol⁻¹·K⁻¹.   É uma unidade que relaciona energia, quantidade de matéria e temperatura. A entropia mede justamente como a energia térmica está dispersa em um sistema.

Agora fiquei curioso! Quando uma substância muda de estado, a entropia também muda, não é? Exatamente, vamos pensar na água. Quando o gelo sólido derrete (fusão), a entropia aumenta porque as moléculas ficam mais livres para se movimentar, passa de um arranjo bem-organizado (estado sólido) para um arranjo com mais movimentação e energia das moléculas de água (estado liquido), portanto mais desorganizado, isto é , com maior entropia.

E se a água ferve (vaporização), o aumento de entropia é ainda maior! pois a moléculas estão praticamente livres e com grande movimentação. Já na sublimação, que é quando o sólido vai direto para o vapor, nem se fala! A entropia dá um salto gigante porque as moléculas passam da ordem total para uma bagunça completa!, por exemplo, quando CO₂ sólido (gelo seco) para gás a –78 °C.

Existe algum valor de referência para comparar essas mudanças?    Sim.

E chamamos isso de Entropia Padrão (ΔS°), que é a entropia medida nas condições padrões (1 atm, 25 °C) para cada substância. É com esses valores tabelados que a gente consegue fazer cálculos importantes pra prever se uma reação vai ocorrer espontaneamente ou não.

Uma das maneiras de calcular ΔS é por meio de dados calorimétricos. Basta dividir o calor trocado (Q) pela temperatura (T): 

Por exemplo, durante a vaporização de 1 mol de água, são absorvidos 40.600J de calor a uma temperatura constante de 100º C(373 K). Calcule numericamente a variação de entropia nesse processo.

Se são absorvidos 40.600 J de calor a 100°C (373 K), sua variação de entropia será:

 E podemos fazer esse cálculo, pelo método indireto usando a Lei de Hess, que aproveita valores conhecidos de entropias padrões:  ΔS°reação=∑ S°produtos − ∑ S°reagentes  

Ou seja, subtraímos as entropias dos reagentes das entropias dos produtos. Fácil e prático!

Considere as entropias padrão (ΔS°) abaixo:

Substância

       ΔS° (J·mol⁻¹·K⁻¹)

   H₂(g)

       131

   O₂(g)

       205

   H₂O(g)

       189

Calcule a variação da entropia padrão (ΔS°) da reação de formação de água no estado gasoso:

A reação de formação da água pode ser representada pela equação

2H2(g)​ + O2(g) ​→ 2 H2​O(g)​

Usando a fórmula geral para ΔS°:   ΔS°reação=∑ S°produtos − ∑ S°reagentes  

 

Podemos ver entropia no dia a dia também, né? Claro, um exemplo é o café quente esfriando sozinho. O calor se espalha pelo ambiente, aumentando a entropia total do sistema universo.

Pense no ovo que você frita no café da manhã. A clara líquida fica sólida, mas isso aumenta a entropia geral, porque as moléculas da proteína desnaturam e ficam mais "bagunçadas".

Ou pense em um perfume se espalhando num ambiente, as moléculas gasosas ocupam todo o ambiente; ΔS aumenta significativamente

E como isso aparece em reações químicas?

Vamos observar a reação de formação da amônia, representada pela equação:

N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)

Analisando a reação observamos que:

  • Na reação, temos 1 mol de gás nitrogênio reagindo com 3 mols de gás hidrogênio para formar 2 mols de gás amônia.
  • Inicialmente temos 4 mols de gás (1 mol de N₂ + 3 mols de H₂) nos reagentes, se transformando em 2 mols de NH₃ (produtos)
  • Isso é, ocorre uma redução do número total de mols de gases, consequentemente diminuindo a desordem das moléculas no sistema.
  • Conclusão: ΔS < 0 (entropia diminui)

Vamos analisar a dissolução de cloreto de sódio (NaCl) em Água, o processo pode ser representado:

NaCl(s) → Na(aq)+ + Cl(aq)

Vamos analisar o processo

  • Quando o sal sólido (cloreto de sódio) é dissolvido em água, suas moléculas organizadas no sólido são separadas em íons dispersos no meio aquoso.
  • Inicialmente organizado em forma cristalina, o sal ao se dissolver tem seus íons espalhados e altamente dispersos em solução. Isso causa aumento considerável da entropia do sistema.
  • Conclusão: ΔS > 0 (entropia aumenta)

 Na combustão completa da glicose (Respiração Celular), temos a reação:

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6 CO2(g) + 6H2O(l)

  • A glicose sólida reage com o gás oxigênio para formar gás carbônico e água líquida.
  • Aqui, apesar de termos a produção de água líquida (mais organizada), há formação de gás carbônico que aumenta fortemente a dispersão de energia, resultando num aumento global significativo da entropia do sistema.
  • Conclusão: ΔS > 0 (entropia aumenta)

Podemos resumir a interpretação geral e cotidiana da Entropia nas Reações, observando que:

  • Quando gases são formados, a entropia tende a aumentar.
  • Quando sólidos ou líquidos são formados a partir de gases, a entropia geralmente diminui.
  • A dissolução de substâncias sólidas em solventes geralmente aumenta a entropia devido à dispersão dos íons ou moléculas.
  • Reações que diminuem o número de moléculas de gás normalmente diminuem a entropia.
  • A entropia do universo sempre aumenta, mesmo quando a entropia do sistema diminui.

Gente, que episódio foi esse! aprender sobre entropia e perceber que o universo tende naturalmente ao caos! E você que ouviu até aqui, não esqueça: o caos tem uma razão científica pra acontecer!

Obrigada pela audiência! Siga o Papo de Química no seu streaming favorito, e até o próximo episódio!