Problema 3A.09

A combustão completa do carbono no cilindro é descrita por $\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g)}$. Como a temperatura é mantida constante, o sistema pode trocar calor com a vizinhança. Além disso, como a quantidade de matéria gasosa não varia na reação, não há trabalho de expansão. Com isso, é possível analisar cada proposição.

A energia interna não é nula apenas porque a temperatura é constante. Em reações químicas, a composição do sistema muda, e isso altera a energia interna mesmo quando a temperatura permanece constante. Portanto, $\Delta U \neq 0$.

Nessa reação, há $\pu{1 mol}$ de gás nos reagentes e $\pu{1 mol}$ de gás nos produtos. Como a quantidade de gás não varia, não há variação de volume associada à reação sob essas condições. Logo, o sistema não realiza trabalho de expansão.

A combustão do carbono é exotérmica. Como a temperatura é mantida constante durante todo o processo, o calor liberado pela reação precisa ser transferido para a vizinhança. Portanto, a quantidade de calor trocada não é nula.

Para reações envolvendo gases ideais, vale a relação $\Delta H = \Delta U + \Delta n_\text{gás}RT$. Como nessa reação $\Delta n_\text{gás} = 0$, segue que $\Delta H = \Delta U$.