Química - Semana 91

Escrito por Yan Benevinuto e Arthur Mendes

 

INICIANTE

A mistura de hidrazina ($N_2H_4$) e tetróxido de dinitrogênio é famosa por ser usada como combustível para propulsão de foguetes. Essa mistura pode ser classificada como um par hipergólico, ou seja, um par de compostos que reagem entre si espontaneamente, entrando em combustão.

a) Desenhe a estrutura de Lewis desses dois compostos.

b) Escreva a reação entre a hidrazina e o tetróxido de dinitrogênio balanceada.

c) Calcule a variação de entalpia nessa reação.

d) Calcule a entalpia de formação de cada um dos compostos na reação escrita no item b.

e) Por que essa reação é usada como combustível?

Entalpias de ligação (em kJ/mol):

$N \equiv N = 941$   $N=N = 418$

$N-N = 160$   $N-H = 391$

$N-O = 230$   $N=O = 406$

$O-H = 467$   $O=O = 495$

$H-H = 432$

 

Intermediário

Ludwig Boltzmann, físico austríaco, foi responsável por definir a entropia estatística como $S=k \ln W$, no qual k é a constante de boltzmann, dada por $k= \dfrac{R}{Na}$ , onde R é a constante universal dos gases, com o valor de $8,315 JK^{-1} mol^{-1}$ , e Na sendo a constante de avogadro, equivalendo ao valor de $6,0221*10^{23}. W$ é o número de microestados disponíveis, isto é, a quantidade de arranjos de uma molécula que levam a uma mesma energia total. Acerca disso, calcule:

a) O número de microestados (W) possíveis para um sistema no qual cada molécula de NO assume 2 arranjos distintos, sendo o número total de molécula de NO igual a 6.

b) Calcule a entropia do sistema por meio da resposta obtida no item (a):

c) Sabe-se que as substâncias apresentam entropia que tende a zero quando a temperatura tende a $0K$. No entanto, o gelo, que é a água no estado sólido, apresenta uma entropia ligeiramente maior que zero quando $T-->0$. Explique esse fato.

Avançado

O modelo da partícula em uma caixa é frequentemente utilizado para descrever a entropia estatística. é dito que, quanto maior o comprimento de uma caixa, maior a quantidade de níveis energéticos disponíveis e, portanto, maior o número de microestados. Isso também é verdade quando se eleva a temperatura do sistema. De forma análoga, em um sistema tridimensional, quanto maior for o volume do sistema, maior a quantidade de microestados disponíveis. A partir disso, deduza a equação $\Delta S=nR\ln \dfrac{V2}{V1}$ a partir da equação da entropia estatística $S=k\ln W$. Dica, use
$\Delta S=k\ln W2 - k\ln W1$