termoquÍmica - sindcom - sindicato dos … · termoquÍmica a quÍmica dos efeitos energÉticos....
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TERMOQUÍMICATERMOQUÍMICAA QUÍMICA
DOS EFEITOS ENERGÉTICOS.
Nelson José Paraná da Silva - Prof. de Química (UFBA-BA)Colégios: Militar de Salvador, CEFET-BA, Mundial, São Francisco de Alagoinhas, BETA vestibular Alagoinhas,
Aprovação e Trajetória vestibular CATU-BAnelparana@gmail.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.
pilha
OBSERVE OSFENÔMENOS
NELES,OCORREM TRANSFORMAÇÕESFÍSICAS E (OU) QUÍMICAS
ENVOLVENDO VÁRIOS TIPOS DE ENERGIA, INCLUSIVE ENERGIA TÉRMICA.
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CALOR - energia que flui de um sistema com temperaturamais alta para o outro com temperatura mais baixa.
SISTEMA - tudo aquilo que se reserva do universo para estudo.
ENERGIA QUÍMICA - trabalho realizado por um sistemaatravés de reações químicas.
ENERGIA - resultado do movimento e da forçagravitacional existentes nas partículasformadoras 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.
parana@svn.com.brparana@svn.com.br
ENTALPIAENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA
SOB PRESSÃO CONSTANTE, RESUMIDAMENTE, PODEMOSDIZER QUE É O CONTÉUDO DE CALOR DA SUBSTÂNCIA.
ENERGIA INTERNAENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA
SOB VOLUME CONSTANTE.
neparana@bol.com.br
O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃOÉ DENOMINADO CALORIMETRIA.
O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É DENOMINADO CALORÍMETRO.
neparana@ig.com.br
CALORIA é a quantidade de energia necessáriapara 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
6CO 2 + 6H2O →→→→ C6H12O6 + 6O2
LUZ
CLOROFILAGLICOSE
Na fotossíntese ocorre absorção de calor
C2H5OH + 3O2 →→→→ 2CO2 + 3H2O
Na combustão do etanol ocorre liberação de calor
ETANOL
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A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇASTÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS
* quando envolve liberação de calor, denomina-seREAÇÃO EXOTÉRMICA.
* quando envolve absorção de calor, denomina-seREAÇÃO ENDOTÉRMICA.
EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA
É a representação de uma reação química em que estáespecificado:
* 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
∆∆∆∆
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
∆∆∆∆
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
REAÇÃO EXOTÉRMICA
A + B + CALOR →→→→ C + D
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
{{HR
HR
HP
HP
{{
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HP ⇒⇒⇒⇒ ENTALPIA PRODUTO
HR ⇒⇒⇒⇒ ENTALPIA REAGENTE
∆∆∆∆H ⇒⇒⇒⇒ VARIAÇÃO DE ENTALPIA
Não esqueça:
HR
HP
A + B →→→→ C + D +
HR HP>ENTÃO
HR HP= +
REAÇÃO EXOTÉRMICA
O SENTIDO DA SETASERÁ SEMPRE DO REAGENTE
PARA O PRODUTO
CAMINHO DA REAÇÃO
A + B →→→→ C + D + CALOR
REAÇÃO EXOTÉRMICA
A + B + CALOR →→→→ C + D
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
neparana@bol.com.br
HP
HR
A + B + →→→→ C + D
Hp Hr>ENTÃO
HrHp = +
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
O SENTIDO DA SETASERÁ SEMPRE DO REAGENTE
PARA O PRODUTO
CAMINHO DA REAÇÃO
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
Se HR <<<< HP ∆∆∆∆H > 0
Se HR > HP ∆∆∆∆H < 0
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∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
Se HR <<<< HP ∆∆∆∆H > 0
Se HR > HP ∆∆∆∆H < 0
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
REAÇÃO EXOTÉRMICA
HR
HP
HR HP>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆∆∆∆H < 0
CAMINHO DA REAÇÃO
HR
HP
HR HP>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆∆∆∆H < 0
REAÇÃO EXOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO
HP
HR
Hp Hr>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆∆∆∆H > 0
CAMINHO DA REAÇÃO
HP
HR
Hp Hr>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆∆∆∆H > 0
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO
* Convencionou-se entalpia zero para determinadassubstâncias simples, em razão de não ser possívelmedir o valor real da entalpia de uma substância.
* Foram escolhidas condições-padrão paraestabelecer 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 ZEROHº = 0
ENTALPIA MAIOR QUE
ZERO Hº > 0H2(g), N2(g) e etc
O2(g)
C(grafite)
S(rômbico)
P(vermelho)
--- O3(g)
C(diamante)
S(monoclínico)
P(branco)
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ENTALPIA ZEROHº = 0
ENTALPIA MAIOR QUE
ZERO Hº > 0H2(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 estáveltem 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)
neparana@ig.com.br
∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2O2(g) →→→→ H2O(g ) ∆H = ?
∆H = HºH2O(l) – (Hº H2(g) + 1/2HºO2(g))
Hº H2(g )= HºO2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
COMO
eENTÃO
∆H = – 68,4kcal/mol
∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2O2(g) →→→→ H2O(g ) ∆H = ?
∆H = HºH2O(l) – (Hº H2(g) + 1/2HºO2(g))
Hº H2(g )= HºO2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
∆H = – 68,4kcal/mol
∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2O2(g) →→→→ H2O(g ) ∆H = –68,4kcal/mol
∆H = HºH2O(l) – (Hº H2(g) + 1/2HºO2(g))
Hº H2(g )= HºO2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
∆H = – 68,4kcal/mol
CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA
LEI DE HESSA 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
∆∆∆∆H = – 94,0kcal/mol
CONCLUINDO ∆∆∆∆H = ∆∆∆∆H1 + ∆∆∆∆H2
∆∆∆∆H = – 94,0kcal/mol
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.
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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 modoque a sua soma resulte na equação-problema.
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
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 ometano ( 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 formaobteremos gás carbônico como produto.C(grafite )+ O2(g) →→→→ CO2(g) ∆∆∆∆H1 = – 94,0kcal/mol
2( H2(g) + 1/2 O2(g) →→→→ H2O(l) ∆∆∆∆H2 = –– 68,4kcal/mol68,4kcal/mol))
Multiplicar por 2 a equação II para que os coeficientesfiquem ajustados.
2 H2(g) + O2(g) →→→→ 2 H2O(l) ∆∆∆∆H2 = –– 136,8 kcal/mol136,8 kcal/molO ∆∆∆∆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
2 H2(g) + O2(g) →→→→ 2 H2O(l) ∆∆∆∆H2 = –– 136,8 kcal/mol136,8 kcal/mol
_____________________________________________________________
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CH4(g) →→→→ C(grafite)+ 2H2(g) ∆∆∆∆H3 = + 17,9 kcal/mol
C(grafite )+ O2(g) →→→→ CO2(g) ∆∆∆∆H1 = –94,0 kcal/mol
2 H2(g) + O2(g) →→→→ 2 H2O(l) ∆∆∆∆H2 = –– 136,8 kcal/mol136,8 kcal/mol
_____________________________________________________________
CH4(g) + 2O2(g)→→→→ CO2(g)+ 2H2O(l) ∆∆∆∆H = –– 212,9 kcal/mol212,9 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 dedeterminado composto, a partir das substâncias
simples correspondentes no estado padrão.
Representa-se por: ∆∆∆∆Hfº
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 encontradosem 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) -11,0H2O(l) -68,4 HF(g) -64,2H2O(s) -69,8 HCl(g) -22,1CO(g) -26,4 HBr(g) -8,7CO2(g) -94,1 HI(g) -6,2CH4(g) -17,9 HNO3(l) -41,5H3COH(l) -57,0 C12H22O11(s) -531,5C2H5OH(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 noestado-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 queocorre liberação de energia. ( REAÇÃO EXOTÉRMICA )COMBUSTÃO - reação de uma substância com o oxigênio (O2) em queocorre 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 cadalitro de álcool queimado, temos a produção de
aproximadamente 5000 quilocalorias.
Veja a tabela de calorias de alguns alimentos, a seguir.
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ALIMENTO Kcal/g ALIMENTO kcal/gCerveja 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 OUENTALPIA DE DISSOLUÇÃO
É o calor desenvolvido ( liberado ou absorvido) provocadopela 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/mol22,9 kcal/mol
KNO3(s) + aq → KNO3(aq) ∆∆∆∆H = + 8,5 kcal/mol,5 kcal/mol
CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO OUENTALPIA DE NEUTRALIZAÇÃO
É o calor liberado na neutralização de um equivalente-gramade 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/13,8 kcal/eqeq--gg
HNO3(aq) + LiOH(aq) → LiNO3(aq) + H2O(l) ∆∆∆∆H = ––13,8 kcal/13,8 kcal/eqeq--gg
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
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ENERGIA DE LIGAÇÃOENERGIA DE LIGAÇÃO
É A ENERGIA NECESSÁRIA PARA ROMPER UM MOL DELIGAÇÃO 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
OH H
110Kcal110kcal
H2O(l) →→→→ 2H(g) + O(g) ∆∆∆∆H = 220kcal/mol
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Observe a reação em que todos os participantes estãono estado gasoso:
H|
C— O — H + 3/2O2 →→→→ O = C = O + 2H2O|H
H—
Para romper as ligações intramoleculares do metanol e dooxigênio, serão absorvidos, para:1 mol de O — H ⇒ +464,0 kj + 464,0 kj1 mol de C — O ⇒ +330,0 kj + 330,0 kj3 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 kj2 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)
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∆H = 356,5kj
CALORLIBERADO
CALORABSORVIDO
A quebra de ligação envolveabsorção de calor
Processoendotérmico
A formação de ligação envolveliberação de calor
Processo exotérmico
H H—
H H—
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