TERMOQUÍMICA

A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇASTÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS

Matéria Energia

UnidadesCALORIA 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

Exercícios1. A reação de formação do NaCl(s), a 25oC,

libera 411,2 kJ/mol de sólido formado. Sobre essa reação, responda às questões:

a) Qual a energia liberada por 117 g de sal formado?

b) Uma reação para formação do NaCl libera 246,72 kJ. Qual a massa de sal formada?

Exercícios2. A corrida, como atividade física, consome

cerca de 2600kJ/h. Assim sendo, quanto tempo uma pessoa que comeu uma barra de 200g de chocolate deve correr para gastar a energia adquirida?

(Dados chocolate: 5,18kcal/g 1cal=4,18J)

Exercícios3. Considere que a reação de combustão de 1

mol de propano gasoso libera 2400kJ de energia. Se um determinado processo necessitar somente de 360kJ, qual a quantidade de propano que deve ser queimada?

Termoquímica

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

Conceitos

Entalpia(H): conteúdo de energia presente em cada substância Variação de Entalpia (H)  H = Hfinal - Hinicial ou H = Hprodutos - Hreagentes

Representação Gráfica

a) Reações Exotérmicas b) Reações Endotérmicas

Equação TermoquímicaÉ 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.

Equação TermoquímicaREAÇÃO 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

Tipos de Calores de Reaçãoa)      Calor ou Entalpia Padrão de Formação: Reação de Formação

Substâncias Simples Substância Composta no estado padrão

Ex.:

H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) H0 = - 68,3 Kcal/mol

Tipos de Calores de Reação

b) Calor ou Entalpia Padrão de Combustão: calor liberadoREAÇÃO DE COMBUSTÃO

Combustível + Comburente Produtos H0 > 0 Ex.:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) H0 = - 212,8 Kcal/mol

Tipos de Calores de Reação

c) Calor ou Entalpia padrão de Neutralização:

  Reação de Neutralização

Ex.:

HCl(aq.) + NaOH(aq.) NaCl(aq) + H2O(l) H = -13,8Kcal/mol

Tipos de Calores de Reação

d) Calor ou Entalpia padrão de dissolução:  HCl(g) + H2O(l) HCl(aq) H = -18Kcal/mol

Padronizações* Convencionou-se entalpia zero para determinadas substâncias simples, em razão de não ser possívelmedir 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.

Padronizações

O índice sobrescrito º significa estado

padrão.

O índice subscrito f significa formação.

.

Entalpia zero

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)

Aplicação dos Calores Molares de Formação

H2(g) + 1/2O2(g) H2O(g)

Cálculo da entalpia de formação:

H = H(produtos) - H(reagentes)

H0 = - 68,3 Kcal = H(produtos) - 0

Portanto: H(produtos) = -68,3kcal ou H0

f= -68,3 kcal/mol de H2O(g)

Aplicação dos Calores Molares de Formação

H = H(p) - H (r)

Ex.: C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l) H=?

Exercício4. Calcule o calor padrão de combustão do

propano, C3H8, em kcal/mol de propano.

Dados: Hf (kcal/mol): C3H8(g)= -24,8

H2O(g)= -57,8

CO2(g)= -94,0

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

Lei de Hess

 Regras

1ª O valor numérico do H de uma reação é diretamente proporcional à quantidade de reagentes e produtos. 2ª A reação direta e a reação inversa apresentam o mesmo valor de H em módulo. Porém com sinal contrário. 3ª Aditividade das equações termoquímicas. 

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.

Lei de HessEx. 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

Lei de HessEFETUAMOS 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)

Lei de HessEx 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/mol 68,4kcal/mol

C(grafite)+ 2H2(g) CH4(g) H3 = – 17,9kcal/mol

Calcular a entalpia da reação:

CH4(g) + O2(g) CO2(g)+ H2O(l)

Lei de HessAs 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/mol– 68,4kcal/mol))

Multiplicar por 2 a equação II para que os coeficientesfiquem ajustados.

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 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/mol– 136,8 kcal/mol

_____________________________________________________________

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/mol– 136,8 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

Exercício5. Sabe-se que:

N2O4 2NO2 H = – 13,6 kcal

N2 + 2O2 2NO2 H =– 16,2 kcal

2N2O4 + O2 + 2H2O 4HNO3 H = + 14,2 kcal

H2 + ½ O2 H2O H = + 68,4 kcal

Determine o valor do calor de formação do ácido nítrico (em kcal/mol) dada pela equação não balanceada:

N2 + H2 + O2 HNO3

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

Energia de LigaçãoPara romper um mol de água no estado gasoso, teremos:

H2O(l) 2H(g) + O(g) H = ? kcal/mol

O

H H

110Kcal 110kcal

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 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 kJ4 mols de H — O 4 ( - 464,0 kJ) - 1856,0 kJ TOTAL LIBERADO -3344,0 kJ

Cômputo dos produtos:

H = H(reagentes) + H(produtos)

O cálculo final será:

H = 2 772,5kJ + (- 3344,0kJ)

H = - 571,5kJ

CALOR LIBERADO

CALOR ABSORVIDO

Exercício6. Calcule a variação de entalpia na reação:

2HBr(g) + Cl2(g) 2HCl(g) + Br2(g) ,

conhecendo as seguintes energias de

ligação:

Energias de ligação (kcal/mol)

H-Br : 87,4 Br-Br: 46,1

Cl-Cl: 57,9 H-Cl: 103,1