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De onde vem a energia ?

Combustíveis

Fósseis Alternativos

CarvãoGás natural

Petróleo bruto

HidrogénioÁlcool

Bioalcool biodiesel

biogás

ENERGIA1.doc

ENERGIA

ENTALPIA

CALOR

ENERGIA

Variação de energia é a diferença entre a energia do estado final e a energia do estado inicial

E = E final – E inicial

Por convenção :

Qualquer energia que saia do sistema para exterior

é negativa, o que significa que a energia final é

menor que a energia inicial.

Qualquer energia que entre para o sistema é

positiva, o que significa que a energia final é

maior que a energia inicial.

CALOR

A transferência de energia do exterior ou para o exterior é a causa do fenómeno a que chamamos calor.

A quantidade de energia absorvida ou libertada numa reação química é chamada calor da reação Q.

Se a energia libertada na combustão de hidrocarbonetos ( como o metano ) for utilizada , sem perdas, para aquecer uma dada quantidade de água é possível calcular o valor da energia envolvida na combustão através da variação de temperatura sofrida pelo sistema quando isolado .

As reações de combustão libertam energia que poderá ser aproveitada

Q cedido pela combustão = Q recebido pela água

Q = c.m.T

Q = energia disponibilizada na reacção ( J )

C = capacidade térmica mássica do sistema ( J g-1 ºC-1)

m = massa do sistema (em g )

T = variação de temperatura sofrida pelo sistema (considerado isolado) ( em ºC ou K, a variação é igual )

ENTALPIA

Normalmente o calor da reação é medido em condições de volume e pressão constantes.

Como grande parte das reações a nível biológico, ambiental e laboratorial não ocorrem a volume constante mas ocorrem a pressão constante ( normalmente à pressão atmosférica ), surge uma nova definição - ENTALPIA

Entalpia é uma grandeza cuja variação depende apenas do estado inicial e final do sistema e que se define como

H = U + PV

Energia interna

pressão

volume

entalpia

•Por não ser possível medir valores absolutos de entalpia, o que se mede numa reação química é a variação de entalpia, H, também designada por entalpia da reação .

•A variação de entalpia, H, é a quantidade de energia posta em jogo numa reação química a pressão constante,Qp.

H = QP

H0reação = n H0

f ( produtos) - n H0f ( reagentes)

n = nº de moles de cada reagente ou produto da reação

H0reação = variação de entalpia padrão da reação

( recção nas condições padrão )

Condições padrão :

Temperatura – 298K ( 25ºC)

Pressão – 1bar (1 x 105 Pa) para gases

Concentração – 1 mol/dm3 para soluções

Estado puro para sólidos e líquidos

C3H8(g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)

Para a reação:

H0reacção = [3 H0

f (CO2) + 4 H0f (H2O)] – [H0

f (C3H8 ) + 5 H0f (O2) ]

H0f ( produtos) H0

f ( reagentes)

Um exemplo

Combustão do hidrogénio

Liberta 241,8 KJ/mol H = - 241,8 KJ/mol

Combustão do metano

Para saber a variação de entalpia da reação é necessário calcular a energia disponibilizada como calor quando uma mol de combustível é queimado

H = Qn

Os valores de entalpia padrão, associados a várias reações, estão tabelados.

O conhecimento destes valores para alguns dos combustíveis mais usados é importante, pois permite avaliar o seu “poder energético”

O “poder energético ”pode ser avaliado através dos valores da energia produzida na combustão de 1Kg de combustível.

nº de átomos de carbono da cadeia

quantidade de oxigénio da molécula

posição do grupo funcional

Associa-se o “poder energético” a três factores :

Nº de átomos de carbono na cadeia :

Os hidrocarbonetos de cadeia mais carbonatada apresentam maior valor de H combustão

Quantidade de oxigénio da molécula :

SubstânciaEntalpia padrão

de combustão KJ/mol

SubstânciaEntalpia

padrão de combustão

KJ/mol

CH4 -890 CH3OH -726

C2H6 -1560 C2H5OH -1368

C3H8 -2220 C3H7OH -2021

Os compostos oxigenados (com oxigénio) possuem menor valor de entalpia de combustão .

Como explicar ?

Quando se faz a combustão de metano e de metanol , os produtos de combustão são os mesmos : CO2 e H2O

H = - 890 KJ/mol

Há

• quebra de ligações C – H e O – O

• formação de ligações C – O e H – O

Combustão do metano

Combustão do metanol

Há também quebra de ligações C – H e O – O e formação de ligações C – O e H – O mas o metanol já tem uma ligação H – O na molécula, o que significa que é menos uma ligação que se forma, daí menor valor de energia libertada .

H = - 726 KJ/mol

Posição do grupo funcional

No caso dos álcoois, verifica-se que a posição do grupo funcional altera ligeiramente o valor da entalpia de combustãoÁlcoois secundários são mais estáveis que os álcoois primários.

Para a formação de CO2 e H2O têm que ser quebradas as

ligações das moléculas iniciais, gastando-se tanto mais energia quanto mais estáveis estas forem.

Propan-1-ol – ΔH = - 2021KJ/mol ( primário )

Propan-2-ol – ΔH = - 2006KJ/mol ( secundário )

Para a determinação de ΔH não interessacomo se passa dos reagentes para os produtos, nem em quantas etapas ocorre, mas apenas qual a entalpia dos reagentes e a dos produtos.

A determinação de entalpia para reações

que ocorrem em várias etapas e que são

de difícil determinação experimental,

pode ser feita através de cálculo por soma

dos valores das entalpias tabeladas das

reações parcelares .

A entalpia de uma reação é a soma da entalpia de todas as reações envolvidas entre o estado inicial e final .

Lei de Hess

Uma aplicação da Lei de Hess :

A conversão

Resulta das etapas representadas pelas seguintes equações químicas :

C (s) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -75,3 KJ/mol

C (g) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -795,2 KJ/mol

Re-arranjando as equações de modo a obter a equação desejada por soma destas, vamos inverter a 2ª equação

C(s) C (g) H = ?

C (s) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -75,3 KJ/mol

CH4 (g) C (g) + 2H2 (g) H = +795,2 KJ/mol *

C (s) C (g) H = +719,9 KJ/mol

* Ao inverter a equação, o sinal da entalpia muda pois a reação inversa de uma reação exotérmica é uma reação endotérmica .