2. A Termoquímica tem como
objetivo o estudo das variações
de energia que acompanham as
reações químicas.
Não há reação química que
ocorra sem variação de energia !
A energia é conservativa. Não pode ser criada
ou destruída. Apenas transformada !
3. As variações de energia, nas
reações químicas, manifestam-se
sob a forma de calor (geralmente) e
luz liberada ou absorvida.
A origem da energia envolvida numa
reação química decorre,
basicamente, de um novo arranjo
para as ligações químicas.
O conteúdo de energia armazenado, principalmente na
forma de ligações é chamado de ENTALPIA (enthalpein, do
grego = calor) e simbolizado por H (heat).
4. Classificação das reações termoquímicas
Em função da energia envolvida as
reações podem ser de dois tipos:
I - Exotérmicas: liberam energia.
• processos de combustão, respiração animal.
II - Endotérmicas: absorvem energia.
• fotossíntese, cozimento dos alimentos.
7. Como pode ser medido o calor de reação ?
Para reações em meio aquoso utiliza-se um calorímetro,
que nada mais é do que uma garrafa térmica (figura 1).
Para reações de combustão utiliza-se uma bomba
calorimétrica (figura 2).
figura 1 - calorímetro figura 2 - bomba calorimétrica
Nos dois casos o
calor é transferido
para uma massa
de água e obtido a
partir da
expressão
Q=m.c.T
8. Equações termoquímicas (requisitos)
1. Equação química ajustada.
2. Indicação dos estados físicos e alotrópicos•
(quando for o caso) dos componentes.
3. Indicação da entalpia molar, isto é, por mol
de produto formado ou reagente consumido.
4. Indicação das condições de pressão e
temperatura em que foi medido o H.
H 0 Entalpia padrão: medida à 250 C e 1 atm.
9. • Estados alotrópicos mais comuns
Carbono
Grafite Diamante
Enxofre
Rômbico Monoclínico
Rômbico e monoclínico = formas diferentes de cristalização
11. Tipos de Entalpias ou Calores de Reação
1. Entalpia ou Calor de Formação.
2. Entalpia ou Calor de Decomposição.
3. Entalpia de Combustão.
4. Entalpia de Dissolução.
5. Entalpia de Neutralização.
6. Entalpia ou Energia de Ligação.
12. Entalpia de Formação (Hf)
Corresponde à energia envolvida na
formação de um mol de substância a partir
de substâncias simples, no estado alotrópico
mais comum.
Exemplos
H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) Hf = - 285,5 kJ/mol
C(grafite) + O2(g) CO2(g) Hf = - 393,3 kJ/mol
1/2 N2(g) + 1/2 O2(g) NO(g) Hf = + 45,9 kJ/mol
Entalpia de formação de substâncias simples é nula !
13. Entalpia de Decomposição
Pode ser considerada como a entalpia
inversa à de formação de uma
substância.
Exemplos
H2O(l H2(g) + 1/2 O2(g) ) H = + 285,5 kJ/mol
CO2(g) C(grafite) + O2(g) H = + 393,3 kJ/mol
NO(g) 1/2 N2(g) + 1/2 O2(g) H = - 45,9 kJ/mol
Observe que ao inverter a equação a variação de
entalpia troca de sinal algébrico !
14. Entalpia de Combustão
Corresponde à energia liberada na
reação de 1 mol de substância
(combustível) com O2 puro (comburente).
Se o combustível for material orgânico
(C,H e O) a combustão pode ser de dois
tipos:
I - Completa: os produtos são CO2 e H2O.
II - Incompleta: além dos produtos acima
forma-se, também, CO e/ou C (fuligem).
15. Combustão completa CHAMA AZUL
CH4 + 2O2 CO2 + H2O H = - 889,5 kJ/mol
C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O H = - 1.400 kJ/mol
Na combustão incompleta
a chama é alaranjada.
A combustão do C também é
a formação do CO2 !
16. Entalpia de Dissolução
Corresponde ao calor liberado ou absorvido
na dissolução (às vezes seguida de
dissociação) de 1 mol de substância de tal
modo que pela adição de quantidades
crescentes de água, seja alcançado um
limite a partir do qual não há mais liberação
ou absorção de calor.
Exemplos
H2SO4(l) + aq (2 mols) H2SO4(aq) H = - 28,0 kJ/mol
H2SO4(l) + aq (100 mols) H2SO4(aq) H = - 84,4 kJ/mol
NH4NO3(s) + aq NH4+NO3-(aq) H = + 26,3kJ/mol
17. Entalpia de Neutralização
Corresponde ao calor liberado
na formação de 1 mol de água,
a partir da neutralização de 1
mol de íons H+ por 1 mol de íons
OH-, em solução aquosa diluída.
Exemplos
HCl + NaOH NaCl + H2O H - 58,0 kJ/mol
HNO3 + KOH KNO3 + H2O H - 58,0 kJ/mol
Na reação de ácidos fortes com bases fortes a variação de
entalpia é aproximadamente constante pois a reação é
sempre: H+ + OH- H2O !
18. Entalpia ou Energia de Ligação
É a quantidade de calor absorvida na
quebra de 6,02.1023 ligações de
determinada espécie, supondo as
substâncias no estado gasoso, à 250 C.
A quebra de ligações é sempre um processo
endotérmico enquanto a formação de
ligações será sempre exotérmico.
Nos reagentes sempre ocorrerá quebra de
ligações (H > 0) e nos produtos ocorrerá
formação de ligações (H < 0) .
20. Cálculo de entalpia a partir das ligações
Calcular a variação de entalpia na reação:
2 H - H(g) + O = O(g) 2 H - O - H(g)
Hreagentes = 2 . 435,5 + 497,8 = + 1.368,8 kJ
Hprodutos = - (4 . 462,3) = - 1.849,2 kJ
A variação de entalpia da reação será obtida
pela soma algébrica das entalpias acima:
Hreação = Hreagentes + Hprodutos
Hreação = + 1.368,8 + (- 1.849,2)
Hreação = - 480,4 kJ ou - 240,2 kJ/mol
21.
22. A Lei de Hess, também conhecida
como Lei da Soma dos Calores de
Reação, demonstra que a variação
de entalpia de uma reação
química não depende do modo ou
caminho como a mesma é
realizada e sim do estado inicial
(reagentes) e estado final
(produtos) .
23. A Lei de Hess pode ser demonstrada a
partir do seguinte exemplo:
Caminho 1
C(graf.) + O2(g) CO2(g) H1 = ? kJ
Caminho 2
C(graf.) + ½ O2(g) CO(g) H2 = - 280,6 kJ
CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) H3 = - 112,8 kJ
Somando as duas equações resulta:
C(graf.) + O2(g) CO2(g) H1 = - 393,4 kJ
A entalpia final será H2 + H3
24. Exemplo
Calcular a variação de entalpia envolvida
na combustão de 1 mol de CH4(g),
expressa por:
CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)
sabendo que:
1) Hformação CH4(g) = - 74,82 kJ/mol
2) Hformação CO2(g) = - 393,4 kJ/mol
3) Hformação H2O(l) = - 285,5 kJ/mol
25. Solução
Desenvolvendo as equações relativas à
formação dos componentes:
1. formação do CH4
C + 2 H2 CH4 H1 = - 74,82 kJ/mol
2. formação do CO2
C + O2 CO2 H2 = - 393,4 kJ/mol
3. formação da H2O
H 2 + ½ O2 H 2O H3 = - 285,5 kJ/mol
26. Solução
Aplicando a Lei de Hess, para obter a
combustão do CH4 deveremos:
a) inverter a equação de formação do CH4 ;
CH4 C + 2H2 H = + 74,82 kJ
b) utilizar da forma apresentada a equação de
formação do CO2 ;
C + O2 CO2 H = - 393,4 kJ
c) utilizar a equação de formação da água
multiplicada por 2 (inclusive a entalpia)
2H2 + O2 2H2O H = - 571,0 kJ
27. Solução
1) CH4 C + 2H2 H = + 74,82 kJ
2) C + O2 CO2 H = - 393,4 kJ
3) 2H2 + O2 2H2O H = - 571,0 kJ
que somadas, resulta
CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)
A variação da entalpia será:
HRQ = + 74,82 + (- 393,4) +(- 571,0)
HRQ = - 889,58 kJ/mol de CH4
28. Aplicações da Lei de Hess
1. Previsão de calores de reação, a partir de
entalpias conhecidas.
2. Determinação do poder calorífico de com-
bustíveis automotivos e alimentos.
Exemplos
Octano (gasolina) = 47,8 kJoule/grama
Etanol (álcool comum) = 44,7 kJoule/grama
Metano (GNV) = 49,0 kJoule/grama
Glicose (carbohidrato) = 17,5 kJoule/grama
Lipídio (gorduras) = 38,6 kJoule/grama
