Termoquimica 1 e 2

TERMOQUÍMICA
A QUÍMICA
DOS EFEITOS
ENERGÉTICOS.
ERLAM UALES NOVAES DE CARVALHO
COLÉGIIO EST. POLIVALENTE DR. S. DE ALMEIDA
erlamuales@yahoo.com.br
www.erlamualesquimica.blogspot.com

OS PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DO
CALOR E DO TRABALHO SE APLICAM,
NO ESTUDO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
E NAS MUDANÇAS DO ESTADO FÍSICO
DE UMA SUBSTÂNCIA.

NELES,OCORREM TRANSFORMAÇÕES
FÍSICAS E (OU) QUÍMICAS
ENVOLVENDO VÁRIOS TIPOS DE ENERGIA,
INCLUSIVE ENERGIA TÉRMICA.

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

EM UM SISTEMA ISOLADO
A ENERGIA É SEMPRE A MESMA, ELA SE CONSERVA;
PODE-SE DIZER ENTÃO QUE
A ENERGIA DO UNIVERSO É CONSTANTE.

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.

O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃO
É DENOMINADO CALORIMETRIA.
O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É
DENOMINADO CALORÍMETRO.

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

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

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.

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...

REAÇÃO EXOTÉRMICA
2 C(s) + 3 H2(g) → C2H6(g) ∆ H= – 20,2 kcal
2 C(s) + 3 H2(g) → C2H6(g) + 20,2 kcal
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
Fe3O4(s) → 3 Fe(s) + 2 O2(g) H= + 267,0 kcal
Fe3O4(s) → 3 Fe(s) + 2 O2(g) −267,0 kcal
∆

2 C(s) + 3 H2(g) → C2H6(g) ∆ H = – 20,2 kcal
2 C(s) + 3 H2(g) → C2H6(g) + 20,2 kcal
Fe3O4(s) → 3 Fe(s) + 2 O2(g) H = + 267,0 kcal
Fe3O4(s) → 3 Fe(s) + 2 O2(g) − 267,0 kcal
∆
OBSERVE
OS SINAIS
OBSERVE
OS SINAIS

CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA
A + B → C + D
 HR HP
HP ⇒ ENTALPIA PRODUTO
HR ⇒ ENTALPIA REAGENTE
∆H ⇒ VARIAÇÃO DE ENTALPIA

A + B → C + D + CALOR
A + B + CALOR → C + D


HR
HR
HP
HP



HP ⇒ ENTALPIA PRODUTO
HR ⇒ ENTALPIA REAGENTE
∆H ⇒ VARIAÇÃO DE ENTALPIA
Não esqueça:

HR
HP
A + B → C + D +
HR HP>ENTÃO
HR HP= +
O SENTIDO DA SETA
SERÁ SEMPRE DO REAGENTE
PARA O PRODUTO
CAMINHO DA REAÇÃO

A + B → C + D + CALOR
A + B + CALOR → C + D

HP
HR
A + B + → C + D
Hp Hr>ENTÃO
HrHp = +
O SENTIDO DA SETA
SERÁ SEMPRE DO REAGENTE
PARA O PRODUTO
CAMINHO DA REAÇÃO

∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
Se HR < HP ∆H > 0
Se HR > HP ∆H < 0

Se HR < HP ∆H > 0
Se HR > HP ∆H < 0

HR
HP
HR HP>Se
∆H < 0
CAMINHO DA REAÇÃO

HR
HP
HR HP>Se
∆H < 0
REAÇÃO
EXOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO

HP
HR
Hp Hr>Se
∆H > 0
CAMINHO DA REAÇÃO

HP
HR
Hp Hr>Se
∆H > 0
REAÇÃO
ENDOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO

* 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.:

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)

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.

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)

∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g ) ∆H = ?
∆H = HºH2O(l) – (Hº H2(g) + 1/2 Hº O2(g))
Hº H2(g )= Hº O2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
COMO
e
ENTÃO
∆H = – 68,4kcal/mol

H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g ) ∆H = ?
∆H = HºH2O(l) – (Hº H2(g) + 1/2 Hº O2(g))

H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g ) ∆H = –68,4kcal/mol
∆H = HºH2O(l) – (Hº H2(g) + 1/2 Hº O2(g))

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

OBSERVE AS EQUAÇÕES:
C(grafite)+ 1/2O2(g) → CO(g) ∆H = – 26,4kcal/mol
CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ∆H = – 67,6kcal/mol

EFETUAMOS A SOMA ALGÉBRICA DAS MESMAS.
1ª etapa: C(grafite)+ 1/2O2(g) → CO(g) ∆H1 = – 26,4kcal/mol
2ª etapa: CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ∆H2 = – 67,6kcal/mol
CONCLUINDO
∆H = ∆H1 + ∆H2
Note que os termos semelhantes em membros opostos se anulam.
Etapa final: C(grafite)+ O2(g) → CO2(g)

1ª etapa : C(grafite)+ 1/2O2(g) → CO(g) ∆H1 = -26,4kcal/mol
2ª etapa : CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ∆H2 = -67,6kcal/mol
Etapa final: C(grafite)+ O2(g) → CO2(g) ∆H = -94,0kcal/mol
Observe que o processo é puramente algébrico.

1ª etapa : C(grafite)+ 1/2O2(g) → CO(g) ∆H1 = -26,4kcal/mol
2ª etapa : CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ∆H2 = -67,6kcal/mol
Etapa final: C(grafite)+ O2(g) → CO2(g) ∆H = -94,0kcal/mol
Observe que o processo é puramente algébrico.
∆H = ∆H1 + ∆H2 = -94,0kcal/mol

Ex 2 - Dadas as equações:
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
Calcular a entalpia da reação:
CH4(g) + O2(g) → CO2(g)+ H2O(l)

Resolução:
As equações dadas deverão ser arrumadas de tal modo
que a sua soma resulte na equação-problema.
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.

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.
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

Finalmente aplica-se a soma algébrica das equações,
inclusive das variações de entalpia.
CH4(g) → C(grafite)+ 2H2(g) ∆H3 = + 17,9 kcal/mol
C(grafite )+ O2(g) → CO2(g) ∆H1 = – 94,0 kcal/mol
_____________________________________________________________

CH4(g) → C(grafite)+ 2H2(g) ∆H3 = + 17,9 kcal/mol
C(grafite )+ O2(g) → CO2(g) ∆H1 = – 94,0 kcal/mol
_____________________________________________________________
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g)+ 2H2O(l) ∆H = – 212,9 kcal/mol– 212,9 kcal/mol
Observe os cortes:
∆H = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3

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

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


SUBSTÂNCIA Hº (kcal/mol) SUBSTÂNCIA Hº (kcal/mol)
H2O(v) -57,8 NH3(g) -11,0
H2O(l) -68,4 HF(g) -64,2
H2O(s) -69,8 HCl(g) -22,1
CO(g) -26,4 HBr(g) -8,7
CO2(g) -94,1 HI(g) -6,2
CH4(g) -17,9 HNO3(l) -41,5
H3COH(l) -57,0 C12H22O11(s) -531,5
C2H5OH(l) -66,4 NaCl(s) -98,5

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 )

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.

ALIMENTO Kcal/g ALIMENTO kcal/g
Cerveja 0,3 Feijão 3,5
Leite 0,7 Arroz 3,6
Peixe carne branca 0,8 Queijo prato 3,7
Batata 1,1 Carne de vaca 3,9
Ovos 1,6 Açúcar 3,9
Sorvete 1,7 Farinha de soja 4,3
Frango 2,3 Chocolate 5,2
Pão branco 2,3 Amendoim 5,6
Bife 2,7 Carne de porco 5,8
Milho 3,4 Manteiga 7,5

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

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.

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)

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:

∆H = ∑∆H(produtos) – ∑∆H(reagentes)
∆H = [ 3(-94,1) + 4(-57,8)] - (-24,8 + zero)
∆H = [3∆HCO2(g)+ 4∆HH2O(g) ] - (∆HC3H8(g)+5∆HO2(g) )
∆H = - 488,7 kcal/mol

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

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

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

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:

∆H = ∆H(reagentes) + ∆H(produtos)
O cálculo final será:
∆H = 2 772,5kj + (- 2 416kj)
∆H = 356,5kj
CALOR
LIBERADO
CALOR
ABSORVIDO

A quebra de ligação envolve
absorção de calor
Processo
endotérmico
A formação de ligação envolve
liberação de calor
Processo
exotérmico
H H—
H H—

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