O depósito ferrífero da Serra dos Carajás é a maior reserva ...
O depósito ferrífero da Serra dos Carajás é a maior reserva de minério de ferro do mundo. Sabe-se que, para a reação de 2 mols de ferro, 2Fe + 1,5O2 -> Fe2O3, em um sistema cilíndrico com êmbolo móvel, é necessário remover 831,08 kJ de calor do sistema de modo a manter a temperatura constante e igual a 25 ºC. O peso do êmbolo e a pressão externa mantêm a pressão interna do conjunto constante e igual a 1,0 bar. É importante considerar que: 1- o sistema (oxigênio + Fe) está em repouso; 2- tanto o Fe como o Fe2O3 são sólidos, portanto pode-se considerar despreziveis os volumes ocupados por eles; 3- o comportamento do oxigênio é ideal.
Nessas condições, o valor de W do sistema foi calculado em -3,72KJ e ΔU em -827,36 KJ. Interpretando esses valores, é correto afirmar que
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A alternativa correta é a A - o êmbolo realizou trabalho sobre o sistema.
Vamos entender o raciocínio por trás dessa escolha:
Tema central: A questão aborda conceitos de termodinâmica, especificamente as relações entre calor, trabalho e variação de energia interna em um sistema fechado durante uma reação química. Compreender a primeira lei da termodinâmica é essencial aqui, que diz: ΔU = Q - W, onde ΔU é a variação da energia interna, Q é o calor trocado e W é o trabalho realizado.
Análise teórica: Nesta questão, temos uma reação exotérmica que libera calor, indicado pelo valor negativo de Q (-831,08 kJ). O trabalho também tem um valor negativo (-3,72 kJ), indicando que o trabalho é realizado sobre o sistema. Esse cenário acontece quando o sistema sofre compressão, ou seja, o êmbolo realiza trabalho sobre o sistema.
Justificativa da alternativa correta: A alternativa A é a correta porque um valor negativo para o trabalho (W = -3,72 kJ) significa que o trabalho foi realizado sobre o sistema. Este entendimento vem da convenção de sinais na termodinâmica:
- Trabalho feito sobre o sistema: W < 0 (negativo)
- Trabalho feito pelo sistema: W > 0 (positivo)
Análise das alternativas incorretas:
- B - não houve trabalho realizado: Incorreta, pois o enunciado especifica um valor de trabalho (-3,72 kJ), que é diferente de zero.
- C - a energia interna do sistema aumentou: Incorreta, pois a variação de energia interna (ΔU = -827,36 kJ) é negativa, indicando uma diminuição.
- D - as energias de ligação não variaram durante o processo: Incorreta, pois durante reações químicas, como a formação de Fe2O3, há quebra e formação de ligações, alterando as energias de ligação.
- E - o sistema realizou trabalho sobre o êmbolo: Incorreta, pois o trabalho negativo indica que foi o êmbolo que realizou trabalho sobre o sistema (compressão), e não o contrário.
Estratégias para interpretação: Ao interpretar questões dessa natureza, atente-se para a convenção de sinais usada na termodinâmica e relacione corretamente os valores dados para trabalho, calor e variação de energia interna. As palavras-chave "sobre" e "pelo" no contexto de trabalho ajudam a determinar a direção correta do trabalho realizado.
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