www.fabianoraco.oi.com.br                                                                            67                   ...
www.fabianoraco.oi.com.br                                                                               68                ...
www.fabianoraco.oi.com.br                                                                                       69        ...
www.fabianoraco.oi.com.br                                                                                   70            ...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

2974558 quimica-teoria17-termoquimica

2.327 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
2.327
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
3
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
34
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

2974558 quimica-teoria17-termoquimica

  1. 1. www.fabianoraco.oi.com.br 67 Termoquímica CONTEÚDO TEÓRICO AS REAÇÕES: Como, Quando e Por Que Ocorrem TERMOQUÍMICA ENERGIA TÉRMICA (CALOR) ENTALPIA E AS REAÇÕES ENDOTÉRMICAS E EXOTÉRMICAS As reações químicas podem ocorrer liberando calor,ou absorvendo-o. Se por um lado o sistema recebe energia, então, as vizinhanças tiveram de perder. A quantidade de energia do Calor, em termoquímica, tem um significando universo, então, permaneceu constante, um ganhou o tantoespecial, indica a energia transferida de um corpo a outro que o outro perdeu. Esta constatação é uma atribuição da 1ªunicamente pela diferença de temperatura entre eles, lei que rege a termodinâmica (Lei da Conservação desempre no sentido do mais quente para o mais frio. Tem Energia): A energia interna de um sistema isolado écomo unidade padrão o joule, J. Contudo, em processos constante, não é destruída e muito menos criada, é tãobioquímicos ou correlatos, a unidade utilizada é a caloria, cal, somente transformada.relacionando-se com a unidade joule através da igualdade:1cal = 4,184 J , que, através de estudos verificou-se que é um Então, para onde vai a energia na forma de calorvalor exato. que entra ou sai de uma reação? Para analisarmos esse movimento de energia, seja Considerando a Lei da Conservação da Energia,para dentro da reação, seja para fora da reação, adotamos temos de admitir que nas reações exotérmicas a energiacomo critério duas divisões do universo: o sistema e as liberada para o ambiente sob a forma de calor não foi criada,vizinhanças. ela já existia. Nas reações endotérmicas, o calor absorvido não se perdeu, ele continua no sistema. Portanto, deve ter se transformado em outra forma de energia, ficando, de alguma Sistema maneira, retida nos produtos. Isso leva à conclusão de que existe uma forma de energia associada às substâncias. Para reações que ocorrem a pressão constante, a energia armazenada é denominada de Vizinhanças entalpia e é representada pela letra H.• SISTEMA: região de interesse para o estudo, isto é, local Como toda substância é formada por algum tipo de onde está ocorrendo a reação química. arranjo atômico, seu conteúdo energético deve estar• VIZINHANÇAS: região ao redor do sistema em que as associado a esses agregados. No caso dos gases, as trocas de energias e/ou matéria são observadas, seja no moléculas movimentam-se de forma contínua e desordenada sentido vizinhanças sistema ou sistema vizinhanças. pelo espaço; o movimento é uma forma de energia, a energia cinética. Nos estados líquido e sólido, esse movimento se O sistema pode ser tratado de acordo com as suas torna mais restrito, limitando-se, no sólido, a um movimento departiculares, em função das trocas que podem ocorrer entre vaivém em torno de um ponto fixo.ele e as vizinhanças: Além da energia cinética das moléculas, há o movimento dos átomos que formam as moléculas. São• SISTEMA ABERTO: é aquele que pode trocar energia e movimentos vibratórios que provocam estiramento e matéria com as vizinhanças. deformações das moléculas. As ligações químicas entre os• SISTEMA FECHADO: é aquele que troca apenas átomos envolvem outra forma de energia, a energia de energia com as vizinhanças. ligação.• SISTEMA ISOLADO: é aquele que não permite a troca Essas e outras formas de energia relacionadas ao nem de energia, nem de matéria. É o sistema mais difícil movimento dos elétrons ao redor do núcleo, à atração entre de se obter... moléculas e muitas outras constituem a entalpia das substâncias. Há tantas formas de energia que não é possível Nesse momento, interessa para nós o sistema fechado calcular a entalpia de uma substância ou de um sistema.em que a quantidade de matéria permanece constante, mas a O que podemos medir são as variações de entalpia.energia é transferida entre o sistema e as vizinhanças, umavez que trabalharemos com a quantidade de energia térmica Essa variação de energia interna (∆H) pode serque entra ou sai de uma reação química. demonstrada através de diagramas de entalpia (H) versus O Se um sistema não-isolado encontra-se mais frio Caminho da Reação.que a sua vizinhança, significa que ele está perdendo calorpara a vizinhança, diminuindo sua energia interna. É um Assim, para a formação da água no estado deprocesso denominado de exotérmico. Se este sistema estiver vapor, partindo do hidrogênio gasoso e do oxigênio gasoso,mais quente que as vizinhanças, então ele está absorvendo temos:calor das vizinhanças, aumentando sua energia interna. É umprocesso denominado de endotérmico. H2(g) + 1/2O 2(g) H2O(V) DH = -285,8kJ ou -68,3kcal que também poderia ser escrita assim: H2(g) + 1/2O 2(g) H2O(V) + 285,8kJ Graficamente: H (Entalpia) - Reação Exotérmica Sistema Sistema H2(g) + ½ O2(g) T alta T baixa Hr início ∆ H = Hp - Hr H2O(L) Hp final Vizinhanças Vizinhanças T baixa T alta Deslocamento da reação QUÍMICA NÃO SE DECORA, COMPREENDE! – Professor Fabiano Ramos Costa
  2. 2. www.fabianoraco.oi.com.br 68 Termoquímica CONTEÚDO TEÓRICO AS REAÇÕES: Como, Quando e Por Que Ocorrem Considerações Acerca Da Reação Para indicar este estado padrão, coloca-se após o H de entalpia o sinal “º” – Hº. Exotérmica O valor de Hº = 0 para as entalpias não é um valor 1) Nessa reação houve perda de calor para o ambiente real; não há sistemas reais com energia nula. A entalpia zero (Hp < Hr). é apenas um valor de referência, em relação ao qual pode-se 2) ∆H, nesse caso, foi negativo. Assim, a reação foi investigar as entalpias de todas as substâncias, uma vez que exotérmica. interessa apenas o quanto de energia que entrou ou saiu do 3) A entalpia dos produtos é menor que a entalpia dos sistema, isto é, interessa o ∆H. reagentes, indicando que houve perda de energia. 4) Essa perda de energia na forma de calor é a própria TIPOS DE CALORES (∆H) diferença de entalpia (∆H). Lê-se: quando 1 mol de hidrogênio gasoso reage com ½ O ∆H pode ser representado de várias maneiras, de mol de oxigênio gasoso, eles liberam 285,8kJ de energia acordo com o tipo de reação ocorrida. Trabalharemos com os e se transformam em 1 mol de H2O(V). três mais importantes: Para a reação: HgO(s) Hg(s) + 1/2O2(g) DH = +90,7kJ ou +21,7kcal ou CALOR DE REAÇÃO (∆RHo ou ∆HoR) HgO(s) +90,7kJ Hg(s) + 1/2O2(g) ∆RH o = H oP − H oR Graficamente: H (Entalpia) - Reação Endotérmica EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Hr Hg (s) + ½ O2(g) 1. Sabendo-se que as entalpias padrão (Hº) para as final substâncias A, B, C e D estão listadas abaixo e que a ∆ H = Hp - Hr equação que representa a reação química entre A e B HgO(s) formando C e D seja: 2A + B 3C + D, a) Hp determine qual a variação da entalpia da reação, início indicando se a ocorrência da reação liberou ou absorveu Deslocamento da reação calor da vizinhança; b) a quanto em kJ equivale o calor encontrada no item “a”? Considerações Acerca Da Reação Substância Entalpia Genérica Padrão (Hº) Endotérmica A +10kcal/mol 1) Nessa reação houve absorção de calor do ambiente B -30kcal/mol (Hp > Hr). C +25kcal/mol 2) ∆H, nesse caso, foi positivo. Assim, a reação foi D +15kcal/mol endotérmica. a) 5) A entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos reagentes, indicando que houve recebimento de energia. ∆ R H º = H º P −H º R 6) Esse recebimento de energia na forma de calor é a própria diferença de entalpia (∆H). ∆ R H º = [(3H º C + H º D ) − (2 H º A + H º B )] Lê-se: 1 mol de HgO9s), para se decompor em 1 mol de Hg(s) e ½ mol de O 2(g), precisa absorver 90,7kJ de ∆ R H º = [(3.(25) + (15)) − (2.(10) + (−30)] energia.. ∆ R H º = +100kcal O O ESTADO DE ENTALPIA PADRÃO (H ) A reação absorveu 100kcal de energia térmica. Na impossibilidade de se determinar a entalpia das substâncias devido à grande variedade de energia acumulada, b) os químicos atribuíram o valor zero à entalpia das substâncias 1cal.........4,184 J simples nas seguintes condições: • 1º) eles devem estar nas condições ambientes: 25ºC 100kcal... X = 418,4kJ e 1atm. • 2º) no caso dos elementos químicos que formam mais de uma substância simples, à forma alotrópica CALOR DE COMBUSTÃO (∆CHo ou ∆HoC): mais estável, a de menor energia, é atribuído valor zero, conforme se observa no quadro abaixo A reação de combustão é aquela com presença de um combustível reagindo com o oxigênio (O2), com liberação de Alótropos Alótropos Alótropos Alótropos Oxigênio Carbono energia. Para o cálculo do ∆Hc, devemos considerar a Enxofre Fósforo do do do do reação de 1mol de combustível. CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) ∆ Hc = - Cgrafita (Cgr) O2(g) Pvermelho (Pv) Srômbico (Sr) 889,5kJ. "A combustão completa de 1mol de metano (CH4) liberaEstável Mais 889,5kJ". H=0 H=0 H=0 H=0 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Cdiamante (Cd) Pbranco (Pb) Smonoclínico (Sm) 2. Obedecendo-se às entalpias das espécies listadas na tabela abaixo, a) determine o calor de combustão do etanol; b) transforme a energia obtida em “a” na unidadealótropos Demais joule: Fulereno (C60) O3(g) Entalpia Substância Padrão (Hº) C2H5OH(ℓ) -66,3kcal/mol CO2(g) -94kcal/mol H2O(ℓ) -68,3kcal/mol QUÍMICA NÃO SE DECORA, COMPREENDE! – Professor Fabiano Ramos Costa
  3. 3. www.fabianoraco.oi.com.br 69 Termoquímica CONTEÚDO TEÓRICO AS REAÇÕES: Como, Quando e Por Que OcorremPrimeiro, escrevemos a equação balanceada que representa Com esses valores de calores molares de formação,a reação de combustão do etanol: podemos encontrar a variação de entalpia de uma reação.C2H5OH(L) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(L)Agora, aplicamos a denominação genérica de ∆Hº: ATENÇÃO:∆C H º = H º P −H º R Para uma equação termoquímica (A + B C ∆H = ±X) possa representar corretamente a experiência feita no∆ C H º = [(2 H º CO2 ( g ) +3H º H 2O( l ) ) − ( H º C2 H 5OH ( l ) +3H º O2 ( g ) )] laboratório, devem estar presentes os seguintes dados: • coeficientes estequiométricos dos reagentes e∆ C H º = [(2.(−94) + 3(−68,3)) − (−66,3) + 3.(0)] produtos.∆ C H º = −326,6kcal / molC 2 H 5OH ( l ) • Estado físico dos participantes. • Especificação da variedade alotrópica do A reação liberou 100kcal de energia térmica para participante.cada mol de etanol que reagiu. • Temperatura e pressão em que a reação é feita.b) • ∆H da reação.1cal.........4,184 J • Para reações feitas nas condições padrões (P = 1atm e T = 25ºC), usar o símbolo ∆H0.− 326,6kcal... X = −1366,49kJ CALOR DE LIGAÇÃO, ENTALPIA DECALOR DE FORMAÇÃO (∆FHo ou ∆HoF): LIGAÇÃO OU ENERGIA DE LIGAÇÃO Uma reação será de formação quando, partindo de (∆ℓHo ou ∆Hoℓ):substâncias elementares mais estáveis, ocorrer a formaçãode 1mol de produto. Entalpia de ligação indica o calor necessário paraH2(g) + ½ O 2(g) H2O(ℓ) ∆Hf = - 285,8kJ. quebrar 1mol de ligações químicas. Se quisermos determinar a entalpia padrão da água H (Entalpia) - Reação Endotérmicalíquida, é só aplicar a determinação genérica:∆ F H º = H º P −H º R 2 H(g) Hr∆ F H º = [( H º H 2O( l ) ) − ( H º H 2 ( g ) + 1 H º O2 ( g ) )] final 2 ∆ H = Hp - Hr = + 104,2kcal H2(g)− 285,8kJ = [( H º H 2O( l ) ) − ((0) + (0)] Hp inícioH º H 2O( l ) = −285,8kJ / mol Deslocamento da reação O ∆Hº de formação é numericamente igual àentalpia de 1mol de qualquer substância, uma vez que as Ela é sempre positiva, pois para quebrar umasubstâncias simples mais estáveis são consideradas ligação esta deve absorver calor (endotérmica), enquanto quepossuidoras de entalpia padrão igual a zero. na formação da ligação ocorre liberação de calor (exotérmica). Com os valores dos calores molares montamos uma A entalpia de ligação indica o quanto uma ligação étabela: mais forte ou mais fraca do que a outra: quanto maior a Calores de Formação (kJ/mol) a 25ºC e 1atm energia de ligação, mais forte e mais estável é a ligação em questão. AgBr(s) -99,5 C2H2(g) +226,7 Seus valores são tabelados: AgCl(s) -127,0 C2H4(g) +52,3 AgI(s) -62,4 C2H6(g) -84,7 LIGAÇÕES SIMPLES (kJ/mol) Ag2O(s) -30,6 C3H8(g) -103,8 C-H 413 N-H 391 O-H 463 F-F 155 C-C 348 N-N 163 O-O 146 Cℓ-F 253 Ag2S(s) -31,8 n-C4H10(g) -124,7 C-N 293 N-O 201 O-F 190 Cℓ-Cℓ 242 Al2O3(s) -1.669,8 n-C5H12(L) -173,1 C-O 358 N-F 272 O-Cℓ 203 BaCl2(s) -860,1 C2H5OH(L) -277,6 C-F 485 N-Cℓ 200 O-I 234 Br-F 237 BaCO3(s) -1.218,8 CoO(s) -239,3 C-Cℓ 328 N-Br 243 Br-Cℓ 218 C-Br 276 S-H 339 Br-Br 193 BaO(s) -558,1 Cr2O(s) -1.128,4 C-I 240 H-H 436 S-F 327 BaSO4(s) -1.465,2 CuO(s) -155,2 C-S 259 H-F 567 S-Cℓ 253 I-Cℓ 208 CaCl2(s) -795,0 Cu2O(s) -166,7 H-Cℓ 431 S-Br 218 I-B 175 CaCO3(s) -1.207,0 CuS(s) -48,5 H-Br 366 S-S 266 I-I 151 CaO(s) -635,5 CuSO4(s) -769,9 H-I 299 LIGAÇÕES DUPLAS E TRIPLAS (kJ/mol) Ca(OH)2(s) -986,6 Fe2O3(s) -822,2 C=C 614 N=N 418 O=O 495 CaSO4(s) -1.432,7 Fe3O4(s) -1.120,9 C≡C 839 N≡N 941 CCl4(L) -139,5 HBr(g) -36,2 C=N 615 S=O 523 CH4(g) -74,8 HCl(g) -92,3 C≡N 891 S=S 418 CHCl3(L) -131,8 HF(g) -268,6 C=O 799 CH3OH(L) -238,6 HI(g) +25,9 CO(g) -110,5 HNO3(L) -173,2 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS CO2(g) -393,5 H2O(g) -241,8 3 . Determina o calor liberado ou absorvido quando N2(g) H2O(L) -285,8 NH4Cl(s) -315,4 reage completamente com H2(g) , formando amônia, NH3(g), H2O2(L) -187,6 NH4NO3(s) -365,1 aplicando a energia das ligações: H2S(g) -20,1 NO(g) +90,4 Energia de Ligação Ligação H2SO4(L) -811,3 NO2(g) +33,9 N≡N 941kJ/mol HgO(s) -90,7 NiO(s) -244,3 H-H 436kJ/mol N-H 391kJ/mol QUÍMICA NÃO SE DECORA, COMPREENDE! – Professor Fabiano Ramos Costa
  4. 4. www.fabianoraco.oi.com.br 70 Termoquímica CONTEÚDO TEÓRICO AS REAÇÕES: Como, Quando e Por Que OcorremPrimeiro, escrevemos a equação balanceada que representa b)a reação e observamos as ligações que serão quebradas e Como o ∆H foi negativo, a reação é exotérmica, libera calorformadas. Faz-se o saldo energético para determinar o ∆Hº. para as vizinhanças. 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) DH = ? c) H N H Baseando-se na equação III, podemos determinar a equação H H para encontrar o ∆RHº: H H H N N H N H ∆ R H º = H º P −H º R H H H ∆ R H º = [( H º C2 H 5OH ( l ) ) − ( H º C2 H 4 ( g ) + H º H 2O( l ) )] Quebra de Quebra de Formação de 3mol de 1mol de 6mol de Com o ∆Hº encontrado no item “a” e utilizando-se os valoresligações H-H ligações N≡N ligações N-H de ∆FHº da questão, efetuamos as devidas substituições para Hº = 1308kJ Hº = 941kJ Hº = -2346kJ encontrar o calor de formação do etanol: ∆Hº = (1308kJ) + (941kJ) + (-2346kJ) = -97kJ ∆ R H º = [( H º C2 H 5OH ( l ) ) − ( H º C2 H 4 ( g ) + H º H 2O( l ) )]LEI DE HESS − 42 = [( H º C2 H 5OH ( l ) ) − (52 + (−286)] "Uma reação termoquímica pode ser expressapela soma de duas ou mais equações, e como H º C2 H 5OH ( l ) = −42 − 234conseqüência, o ∆H global da equação é a soma dos ∆Hdas etapas individuais." H º C2 H 5OH ( l ) = −276kJ / molC 2 H 5OH ( l ) Para aplicação da Lei de Hess, observam-se trêscaracterísticas:1ª) O valor de ∆H é diretamente proporcional à quantidade 5. Determine o calor de formação da hidrazina (N2H4(ℓ))de reagentes e produtos: conhecendo as entalpias padrão das reações: I) N2H4(L) + O2(g) = N2(g) + 2H2O(g) DHº = -534,2kJ/mol de N2H4 H2(g) + ½ O 2(g) H2O(L) ∆H = - 68kcal. 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(L) ∆H = - 136kcal. II) H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(L) DHº = -241,6kJ/mol de H22ª) A reação direta e inversa apresenta o mesmo valor de Como o problema pede o calor de formação da hidrazina,∆H, porém com sinais opostos. então, precisamos esquematizar a equação de formação da H2(g) + ½ O 2(g) H2O(L) ∆H = - 68kcal. hidrazina, pelo que a chamaremos de equação III: H2O(L) H2(g) + ½ O 2(g) ∆H = + 68kcal. III) N2(g) + 2H2(g) = N2H4(g) Partindo desse ponto, desejamos que o N2(g) esteja do lado3ª) A soma das etapas de uma reação fornece o ∆H da dos reagentes; na equação I ele está do lado dos produtos,reação global: então inverteremos a equação I, como também o sinal do ∆Hº:1ª etapa: CH4(g) Cgr + 2 H2(g) ∆H1 = + 17,9kcal. N2(g) + 2H2O(L) = N2H4(L) + O2(g) DHº = +534,2kJ2ª etapa:2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(L) ∆H2 = - 136,6kcal. Precisamos, agora, eliminar a água que está presente do lado3ª etapa: Cgr + O2(g) CO2(g) ∆H3 = - 94,1kcal. dos reagentes. Veja que a água não faz parte da equação III.Et. Global: CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(L) ∆H = - 212,8kcal. Na equação II a água está nos produtos, não precisando inverter a equação, nem o valor do seu ∆Hº: Entretanto, sãoEXERCÍCIOS RESOLVIDOS dois mol de água para serem eliminados, então, multiplicaremos a equação II por 2. Ao fazer isso, o ∆Hº4. Quantidades diferentes de entalpia são envolvidas na também será multiplicado pelo mesmo fator:combustão do etanol, C2H5OH(ℓ), e etileno, C2H4(g), comomostram as equações I e II 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(L) DHº = -483,2kJI) C2H5OH(L) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(L) DH = -1368kJ/mol de etanol Somando-se as duas equações (I e II, modificadas),II) C2H4(g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(L) DH = -1410kJ/mol de etileno deveremos obter a equação III:sob condições adequadas, é possível obter etanol a partir N2(g) + 2H2O(L) = N2H4(L) + O2(g) DHº = +534,2kJda reação representada pela equação III:III) C2H4(g) + H2O(L) = C2H5OH(L) 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(L) DHº = -483,2kJa) Qual a variação de entalpia envolvida por mol de C2H4 N2(g) + 2H2(g) = N2H4(L) DHº = +51kJconsumido na reação III? b) Essa reação absorve oulibera calor? c) Sabendo que a entalpia de formação da Como o ∆Hº > 0, isto é, valor positivo, a reação de formaçãoH2O(ℓ) é –286kJ/mol e que a do C2H4(g)é 52kJ/mol, calcule a da hidrazina é endotérmica.entalpia de formação por mol de C2H5OH(ℓ).a)Queremos que o etileno, C2H4(g), apareça nos reagentes, peloque se observa que na equação II ele já está nos reagentes.Então escrevemos a equação II sem nenhuma alteração.Também queremos que o etanol apareça nos produtos, sóque ao analisar a equação I, ele está nos reagentes,necessitando inverter a equação I e, em conseqüência o sinaldo ∆H. Depois, eliminamos aquelas substâncias que parecemtanto nos produtos quanto nos reagentes e efetuamos a somadas equações:C2 H4(g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(L) DH = -1410kJ/mol de etileno2CO2(g) + 3H2O(L) = C2H5OH(L) DH = +1368kJ/mol de etanolC2H4(g) + H2O(L) = C2H5OH(L) DH = -42kJ QUÍMICA NÃO SE DECORA, COMPREENDE! – Professor Fabiano Ramos Costa

×