O documento discute os principais conceitos da termoquímica, incluindo:
1) As reações químicas podem ser exotérmicas ou endotérmicas dependendo se liberam ou absorvem calor;
2) A variação de entalpia (ΔH) de uma reação pode ser calculada subtraindo a entalpia dos reagentes da entalpia dos produtos;
3) A lei de Hess permite calcular a variação de entalpia de uma reação através da soma das variações de entalp
5. CALOR - energia que flui de um sistema com temperatura
mais alta para o outro com temperatura mais baixa.
SISTEMA - tudo aquilo que se reserva do universo
para estudo.
ENERGIA QUÍMICA - trabalho realizado por um sistema
através de reações químicas.
ENERGIA - resultado do movimento e da força
gravitacional existentes nas partículas
formadoras da matéria.
TRABALHO - deslocamento de um corpo contra uma força
que se opõe a esse deslocamento.
CONCEITOS IMPORTANTES
6. EM UM SISTEMA ISOLADO
A ENERGIA É SEMPRE A MESMA, ELA SE CONSERVA;
PODE-SE DIZER ENTÃO QUE
A ENERGIA DO UNIVERSO É CONSTANTE.
7. ENTALPIA
ENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA
SOB PRESSÃO CONSTANTE, RESUMIDAMENTE, PODEMOS
DIZER QUE É O CONTÉUDO DE CALOR DA SUBSTÂNCIA.
ENERGIA INTERNA
ENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA
SOB VOLUME CONSTANTE.
8. O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃO
É DENOMINADO CALORIMETRIA.
O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É
DENOMINADO CALORÍMETRO.
9. CALORIA é a quantidade de energia necessária
para aumentar de 1ºC a temperatura de 1 g de água.
JOULE é a quantidade de energia necessária para
deslocar uma massa de 1kg, inicialmente em repouso,
fazendo percurso de 1 metro em 1 segundo.
1 cal = 4,18 J
1 kcal = 1000 cal
1 kJ = 1000 J
10. EFEITOS ENERGETICOS
NAS REACõES QUÍMICAS
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
LUZ
CLOROFILA
GLICOSE
Na fotossíntese ocorre absorção de calor
C2H5OH + 3O2 →2CO2 + 3H2O
Na combustão do etanol ocorre liberação de calor
ETANOL
11. A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇAS
TÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS
* quando envolve liberação de calor, denomina-se
REAÇÃO EXOTÉRMICA.
* quando envolve absorção de calor, denomina-se
REAÇÃO ENDOTÉRMICA.
12. EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA
É a representação de uma reação química em que
está
especificado:* o estado físico de todas as substâncias.
* o balanceamento da equação.
* a variação de calor da reação ( ∆H ).
* as condições físicas em que ocorre a reação, ou seja,
temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm é o comum)
* variedade alotrópica quando existir.
Segue alguns exemplos...
26. HP
HR
Hp Hr>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆H > 0
REAÇÃO
ENDOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO
27. * Convencionou-se entalpia zero para determinadas
substâncias simples, em razão de não ser possível
medir o valor real da entalpia de uma substância.
* Foram escolhidas condições-padrão para
estabelecer medidas relativas.
* Terá entalpia zero qualquer substância
simples que se apresente nos estados
físico e alotrópico mais comum,
a 25ºC e 1atm de pressão.
OBS.:
28. ENTALPIA ZERO
Hº = 0
ENTALPIA MAIOR QUE
ZERO Hº >0
H2(g), N2(g) e etc
O2(g)
C(grafite)
S(rômbico)
P(vermelho)
---
O3(g)
C(diamante)
S(monoclínico)
P(branco)
29. ENTALPIA ZERO
Hº = 0
ENTALPIA MAIOR QUE
ZERO Hº >0
H2(g), N2(g) e etc
O2(g)
C(grafite)
S(rômbico)
P(vermelho)
---
O3(g)
C(diamante)
S(monoclínico)
P(branco)
* A forma alotrópica menos estável
tem entalpia maior que zero.
30. Observe a reação de formação (síntese )
de um mol de água, a 25ºC e 1 atm de pressão.
H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g)
Cálculo da entalpia de formação:
∆H = H(produtos) - H(reagentes)
34. CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA
LEI DE HESS
A entalpia de uma reação depende apenas dos estados iniciais
e finais da reação, não depende dos estados intermediários,
ou seja a reação é a mesma para uma ou mais etapas.
Ex. 1 - Cálculo da entalpia da reação de formação do gás carbônico:
C(grafite)+ O2(g) → CO2(g) ∆H = ? kcal/mol
40. Resolução:
As equações dadas deverão ser arrumadas de tal modo
que a sua soma resulte na equação-problema.
C(grafite )+ O2(g) → CO2(g) ∆H1 = – 94,0kcal/mol
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l) ∆H2 = – 68,4kcal/mol68,4kcal/mol
C(grafite)+ 2H2(g) → CH4(g) ∆H3 = – 17,9kcal/mol
Equação-problema:
CH4(g) + O2(g) → CO2(g)+ H2O(l)
I)
II)
III)
Agora vamos identificá-las com algarismos romanos.
41. Agora, invertemos a equação III de modo a obter o
metano ( CH4 ) como reagente.
CH4(g) → C(grafite)+ 2H2(g) ∆H3 = + 17,9kcal/mol
Observe a inversão de sinal do ∆H3
Devemos manter a equação I pois dessa forma
obteremos gás carbônico como produto.
C(grafite )+ O2(g) → CO2(g) ∆H1 = – 94,0kcal/mol
2(H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l) ∆H2 = – 68,4kcal/mol– 68,4kcal/mol))
Multiplicar por 2 a equação II para que os coeficientes
fiquem ajustados.
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) ∆H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/mol
O ∆H2 também é multiplicado
44. CALORES PADRÃO DE FORMAÇÃO
OU ENTALPIA-PADRÃO DE FORMAÇÃO
O índice sobrescrito º significa estado padrão.
O índice subscrito f significa formação.
.
É o calor desenvolvido na formação de um mol de
determinado composto, a partir das substâncias
simples correspondentes no estado padrão.
Representa-se por: ∆Hf
º
45. REAÇÃO DE FORMAÇÃO - é aquela em que um mol de um único
composto é formado a partir de substâncias simples no
estado padrão.
Exs.:
C(grafite )+ O2(g) → CO2(g)
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l)
Os valores de ∆H são pré-estabelecidos e encontrados
em tabelas, para aqueles compostos que estejam na sua
forma mais estável a 1 atm de pressão, ou seja,
no estado padrão.
1 mol
1 mol
47. CALOR PADRÃO DE COMBUSTÃO
OU ENTALPIA-PADRÃO DE COMBUSTÃO
É o calor liberado na combustão total de um mol de uma
substância em que os componentes dessa reação estão no
estado-padrão.
H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ∆H=–68,4kcal/mol
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆H=–325 kcal/mol
COMBUSTÃO - reação de uma substância com o oxigênio (O2) em que
ocorre liberação de energia. ( REAÇÃO EXOTÉRMICA )
48. O PODER CALÓRICO DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS
A gasolina possui maior poder clalorífico que o álcool.
Para cada litro de gasolina queimado são produzidos
aproximadamente 8000 quilocalorias, enquanto para cada
litro de álcool queimado, temos a produção de
aproximadamente 5000 quilocalorias.
Veja a tabela de calorias de alguns alimentos, a seguir.
50. CALOR DE DISSOLUÇÃO OU
ENTALPIA DE DISSOLUÇÃO
É o calor desenvolvido ( liberado ou absorvido) provocado
pela dissolução de um mol de substância, numa quantidade
de água suficiente para se obter uma solução diluída,
no estado padrão.
H2SO4(l) + aq → H2SO4(aq) ∆H = – 22,9 kcal/mol– 22,9 kcal/mol
KNO3(s) + aq → KNO3(aq) ∆H = + 8,5 kcal/mol,5 kcal/mol
51. CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO OU
ENTALPIA DE NEUTRALIZAÇÃO
É o calor liberado na neutralização de um equivalente-grama
de um ácido por um equivalente-grama de uma base, ambos
em soluções aquosas diluídas, no estado padrão.
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ∆H = –13,8 kcal/eq-g–13,8 kcal/eq-g
HNO3(aq) + LiOH(aq) → LiNO3(aq) + H2O(l) ∆H = –13,8 kcal/eq-g–13,8 kcal/eq-g
OBS.: Para ácidos e bases fortes o ∆H será sempre o mesmo.
52. A variação de entalpia de uma reação pode ser
calculada, conhecendo-se apenas as entalpias
de formação dos seus reagentes e produtos.
∆H = ∑∆H(produtos) – ∑∆H(reagentes)
53. C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) ∆H = ? – kcal/mol
Consultando a tabela de calores de formação:
SUBSTÂNCIAS
C3H8(g)
CO2(g)
H2O(g)
O2(g)
∆Η
-24,8kcal/mol
-94,1kcal/mol
-57,8kcal/mol
zero
Observe a equação:
55. ENERGIA DE LIGAÇÃO
É A ENERGIA NECESSÁRIA PARA ROMPER UM MOL DE
LIGAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA NO ESTADO GASOSO.
EX. Para romper um de ligação H – O são necessárias
110kcal.
Para romper um de ligação H – C são necessárias
100kcal.
Para romper um de ligação O = O são necessárias
118kcal.
.* esses valores são tabelados
56. Para romper um mol de água no estado gasoso, teremos:
H2O(l) → 2H(g) + O(g) ∆H = ? kcal/mol
O
H H
110Kcal110kcal
H2O(l) → 2H(g) + O(g) ∆H = 220 kcal/mol
57. Observe a reação em que todos os participantes estão
no estado gasoso:
H
|
C— O — H + 3/2O2 → O = C = O + 2H2O
|
H
H—
Para romper as ligações intramoleculares do metanol e do
oxigênio, serão absorvidos, para:
1 mol de O — H ⇒ +464,0 kj + 464,0 kj
1 mol de C — O ⇒ +330,0 kj + 330,0 kj
3 mols de C — H ⇒ 3 (+413,0 kj) + 1239,0 kj
3/2 mols de O = O ⇒ 3/2 (+493,0 kj) + 739,5 kj
TOTAL ABSORVIDO + 2772,5 kj
58. H
|
C— O — H + 3/2O2 → O = C = O + 2H2O
|
H
H—
Para formar as ligações intramoleculares do CO2 e da água,
serão liberadas:
2 mols de C = O ⇒ 2 (-7444,0 kj) -1 488,0 kj
2 mols de H — O ⇒ 2 ( - 464,0 kj) - 928,0 kj
TOTAL LIBERADO -2 416,0 kj
Cômputo dos produtos: