TERMOQUÍMICA - INTRODUÇÃO

TERMOQUÍMICA (INTRODUÇÃO)

- É o ramo da química que estuda o envolvimento do calor nos processos químicos.

UNIDADES DE CALOR

A - Caloria (cal) - É a energia química produzida e armazenada em nosso corpo quando ingerimos e metabolizamos um alimento. A unidade cal não pertence ao S.I.

1 Kcal = 1000 cal

B - Joule (J) – É a medida de calor no S.I

1 kJ= 1000 J

1 cal = 4,18 J

CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES

A - REAÇÃO EXOTÉRMICA

®  É aquela que se processa com liberação do calor.

  C _(grafite) + O_2 (g) ®  CO_2  (g)  +  94,1 kcal;

EXs: o aerossol químico do besouro barbeiro (hidroquinona + águaoxigenada); combustão do hidrogênio para foguetes (2500º C);formação de solução aquosa de cloreto de cálcio ou sulfato demagnésio; compressas (bolsa de aquecimento) formadas pelo ferro(pó) + oxigênio do ar.

B - REAÇÃO ENDOTÉRMICA

® É aquela que se processa com absorção de calor.

Exs:  H₂O _(L)  +  68,3 kcal  ® H_2 (G)  + ½ O_2 (G);

Ex: bolsa de frio instantâneo que contém nitrato de amônia e água.

CONCEITOS BÁSICOS

A - ENTALPIA (H)

® É o conteúdo global de energia de um sistema, a pressãoconstante.

B - VARIAÇÃO DE ENTALPIA (DH)

® É a diferença entre entre a entalpia final e a entalpia inicial de umsistema.

  

               

ANÁLISE DO SINAL DO DH.

·     Numa reação exotérmica o sistema inicial perde calor, logo H_R > H_P  assim  DH =  H_P  - H_R  < 0, daí o sinal ( - ) negativo para o DH.  (DH < 0)

·     Numa reação endotérmica o sistema inicial ganha calor, logo H_R < H_P assim DH =  H_P  - H_R  > 0, daí o sinal ( + ) positivo para o DH. (DH > 0)

       REPRESENTAÇÃO GENÉRICA DE UMA REAÇÃO

A - REAÇÃO EXOTÉRMICA

   Reagentes   ®   produtos  +  x kcal

   Reagentes - x kcal   ®   produtos

   Reagentes   ®   produtos DH = - x kcal

Ex: CH_{4 (G)}  +  2O_{2 (G)}  ®  CO_{2 (G)}   +  2H₂O _(L)      DH = – 210,8 kcal/mol

B - REAÇÃO ENDOTÉRMICA

   Reagentes  +  y kcal   ®   produtos

   Reagentes  ®  produtos  - y kcal

   Reagentes  ®  produtos  DH = + y kcal

Ex: H₂O _(L) ® H_{2 (G)}  + ½ O_{2 (G)}                           DH = + 68,3 kcal/mol

                 GRÁFICOS DE ENTALPIA

A -  Gráfico de uma Reação Exotérmica.

 B - Gráfico de uma Reação Endotérmica

EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA

®  É a equação que representará a reação química e o calor nela envolvido. Uma equação será completa quando apresentar:

        I.    1º e 2º membros balanceados.

      II.    Os estados físicos dos reagentes e dos produtos.

    III.    Se algum participante apresentar alotropia, deverá ser indicada a forma alotrópica.

     IV.    O DH do processo.

       V.    A temperatura e a pressão. (Estes quando não indicados, subtende-se que ocorre nas condições ambientes, 25ºC e 1 atm)

Ex: C (grafite) + O_{2 (G)}  ®    CO_{2 (G)} DH = - 94,1 kcal/mol

      ®  1 mol de carbono grafite combina-se com 1 mol de oxigêniogasoso, a 25ºC e 1 atm, liberando 94,1 kcal.

EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO

1) Identifique as reações abaixo, construindo os respectivos gráficos.

a) H₂O_(L)    ®   H₂O_(S)     +   calor

b) C₆H_6(L)  +  calor  ®  C₆H_6(V)

c) CaCO_3(S)   +   calor ®  CaO_(S)  +  CO_2(g)

d) HF_(aq)   +   KOH_(aq)  ® KF_(aq)   + H₂O_(L)      +  calor

Respostas: 

a)  Exotérmico

b)  Endotérmico        

c)  Endotérmico       

d)  Exotérmico

2) Na reação 2C_(S)  +  O_2(G)  ®   2CO_(G)    DH = - 52 kcal. Qual a energia liberada por 1 mol do produto formado?

2 moles    ®    52

1 mol       ®     x

    

R ® - 26 kcal/mol

3) (UnB-DF). O fósforo P₄, exposto ao ar, queima expontaneamente e forma P₄O₁₀. O DH = - 712 kcal/mol de P₄. Qual é emquilocalorias, a quantidade de calor produzida quando 2,48 g defósforo são queimadas.

R: P₄ + 50₂    ®     P₄O₁₀    DH = - 712 kcal/mol

1 mol          ®    712 kcal

0,02 mol     ®         x                       

x = 14,24 kcal

4) (ERSHC-1996). Escreva a equação termoquímica do hidrogêniogasoso que reage com 1 mol de iodo gasoso produzindo 2 moles deácido iodídrico gasoso, com absorção de 6,2 kcal, nas condiçõesambientes.    

    

FATORES QUE INFLUÊNCIAM NO DH DE UM PROCESSO

A - TEMPERATURA

® A variação de entalpia (DH) depende sensivelmente da temperatura em que foi feita a reação, pois a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura dos reagentes, é diferente da quantidade de calor necessária para elevar a temperatura dos produtos. (Ocalor específico dos reagentes é diferente do calor específico dos produtos)

B - O FATO DOS PARTICIPANTES ESTAREM OU NÃO EM SOLUÇÃO

® Quando dissolve-se uma substância em um solvente, ocorre liberação ou absorção de calor, daí, a ausência do solvente provocará um (DH) diferente.

H_2(G) + Cl_2(G)              2HCl _(G)               DH = - 44,2 kcal

H_2(G) + Cl_2(G)      H₂O    2HC_(aq)                DH = - 80,2 kcal   

                                                              (solução)

C - O ESTADO FÍSICO DOS REAGENTES

®  A energia da substância cresce à medida que ela passa da fase sólida para a gasosa.

           H_(G)  >  H_(L)  >  H_(S) 

Ex:

D - O ESTADO ALOTRÓPICO

® A entalpia da forma estável (mais abundante na natureza) é menordo que a meta estável.

H_E  <  H_ME       

*   Estruturas cristalinas por terem seus átomos mais arrumados, conservam mais entalpia.

METAESTÁVEL	ESTÁVEL
O3	O2
CDIAMANTE	CGRAFITE
PBRANCO	PVERMELHO
SMONOCLÍNICO	SRÔMBICO

Ex:

C_(GRAFITE)     +     O_2(G)          ®    C O_2(G)            DH₁   

C_(DIAMANTE)    +     O_2(G)          ®    C O_2(G)            DH₂

CALORES DE REAÇÃO

® Calor de reação é a entalpia observada em uma reação.

TIPOS DE CALORES

I - CALOR DE FUSÃO

®  É a variação de entalpia verificada na fusão total de 1 mol de umasubstância a 1 atm.

Ex.: H₂O_(S) ®  H₂O_(L)             DH = + 1,7 kcal/mol

II - CALOR DE SOLIDIFICAÇÃO

®  É a variação de entalpia verificada na solidificação total de 1 mol de uma substância a 1 atm.

Ex.: H₂O_(L) ®     H₂O_(S)           DH = - 1,7 kcal/mol

III - CALOR DE VAPORIZAÇÃO

®  É a variação de entalpia verificada na vaporização total de 1 mol de uma substância a 1 atm.

Ex: H₂O_(L) ®    H₂O_(G)             DH = + 10,5  kcal/mol

IV - CALOR DE CONDENSAÇÃO

®  É a variação de entalpia verificada na condensação total de 1 mol de uma substância a 1 atm.

Ex: H₂O_(G)   ®    H₂O_(L)            DH = - 10,5  kcal/mol

V - CALOR DE DISSOLUÇÃO

®  É a variação de entalpia verificada na dissolução de 1 mol de umasubstância em determinado solvente de maneira que a adição demais solvente não provoque alteração considerável no DH dosistema.

Ex: NH₄NO_3(S)  +    H₂O   ®    NH₄⁺_(aq)  + NO₃^-_(aq)      DH = + 0,63 kcal

* A dissolução do NH₄NO₃ é um processo endotérmico. (É muitoutilizado em compressas frias)

Ex: CaCl_2(S)  ®   H₂O_(L) ® Ca⁺²_(aq)  +  Cl^-_(aq)                    DH = - 19,8 kcal

*  A dissolução do CaCl₂ é um processo exotérmico. (É muitoutilizado em compressas quentes).

VI - CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO

® É a variação de entalpia verificada na neutralização de 1 eq-g deum ácido com 1 eq-g de uma base, estando ambos em soluçãodiluída.

Ex: HNO_3(aq)    +   kOH_(aq)    ®  kNO_3(aq)   +   H₂O_(L)        DH = - 13,8  kcal/mol

VII - CALOR DE FORMAÇÃO OU ENTALPIA PADRÃO (DHºf)

® É a variação de entalpia verificada na síntese de 1 mol de umcomposto, a partir de seus elementos no estado padrão.

ESTADO PADRÃO

® É o estado mais estável de uma substância nas condiçõesambientes. Por convenção, a entalpia de uma substância no estadopadrão será nula.

Ex: C_(GRAFITE), O₂, I₂, S_8(RÔMBICO)      Hº = 0

 OBS:   O calor de formação de um composto é a sua própria entalpia padrão.

Ex:  ½N_2(G)  +  ½O_2(G ®   NO_(G)           DH = - 21,5 kcal/mol

  

          Hº = 0       Hº = 0        Hº = 21,5 kcal/mol    

                                            * Entalpia de formação do No. 

DH = H_P - H_R

DH = 0 - 0

DH = 0

H_2(G)  +  ½O_2(G  ®  H₂O_(L)          DH = - 68,3  kcal/mol

Hº = 0     Hº = 0     Hº = 68,3 kcal/mol 

                                      * Entalpia de formação da água.

OBS₂.: Na formação do SO₃

SO₂ + ½ O₂                SO₃

DH = - 23 kcal/mol                

Esta formação não ocorreu a partir dos elementos no estadopadrão, já que SO₂ é uma substância composta.  Portanto, - 23 kcal/mol não representa o calor de formação SO₃.

VIII - CALOR DE COMBUSTÃO

®  É a variação de entalpia verificada na combustão total de 1 mol de uma substância, estando todos os participantes do processo emseus estados físicos habituais a 25ºC e 1 atm.

Ex: : C₂H₅OH_(L)    +    3O_2(G)     ®      CO_2(G)      +   3H₂O_(L)    DH = - 327,6 kcal/mol

* A queima de 1 mol de álcool libera 327,6 kcal.

Ex₂:  C_(GRAFITE)   +   O_2(g)       ®    CO_2(g)         DH = - 94 kcal/mol

* Neste caso o calor de combustão, também é o de formação.

IX - ENERGIA DE LIGAÇÃO

® É a variação de entalpia verificada na quebra de um mol de ligaçãoentre 2 átomos, considerando todos os participantes no estadogasoso, a 25ºC e 1 atm.

Ex: H_2G)    ®    2H_(G)           DH = + 104 kcal/mol

* Para romper a ligação teremos absorção de energia (Reação endotérmica)

Ex₂: 2H_G)    ®    H_2(G)        DH = - 104 kcal/mol

* Para formar H₂, teremos liberação de energia (Reaçãoexotérmica)

OBS: Quanto maior a energia de ligação, mais estável será a ligação.

PELO PROFESSOR EUDO ROBSON