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TERMOQUÍMICA

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIAFACULDADE DO GAMAQUÍMICA PARA ENGENHARIA

Professora: Roseany V. V. Lopes



Termoquímica

O estudo da energia e suas transformações éconhecido como Termodinâmica.

Veremos as relações entre reações químicase variações de energia, envolvendo calor.

Esse aspecto da Termodinâmica éconhecido como Termoquímica.



A Natureza da Energia

Energia cinética é a energia do movimento.

Energia potencial é a energia que um objeto possuiem virtude de sua posição. A energia potencial pode

ser convertida em energia cinética. Por exemplo: umciclista no topo de um morro.

A energia potencial eletrostática, E eletr , é a atração

entre duas partículas com cargas contrárias, Q 1 e Q 2 ,a uma distância d entre si:

Eeletr = kQ1Q2 /d

onde a constante k = 8,99 x 109 J/mC2



Unidades de Energia

E = J (Joule)

1J = Kg.m2 / s2

1kJ = 1000 J

1 cal = 4,184 J (exatos)

1 cal = 1000 cal = 1 kcal



Transferência de energia: Trabalho

e Calor Força é uma tração ou uma compressão exercida em um

objeto.

Trabalho é o produto da força aplicada em um objeto em umadistância:

w = F x dA energia utilizada para fazer um objeto se mover contra umaforça é chamada trabalho.

Energia: capacidade de realizar trabalho ou transferir calor.

Calor é a transferência de energia entre dois objetos.

Energia interna: é a soma de toda energia cinética e potencialde um sistema.



A primeira Lei da Termodinâmica

A energia não pode ser criada oudestruída.

A energia (sistema + vizinhança) é

conservada. Toda energia transferida de um sistema

deve ser transferida para as vizinhanças (evice-versa).

A partir da primeira lei da termodinâmica:

quando um sistema sofre qualquer mudançafísica ou química, a variação obtida em suaenergia interna, ΔE = Efinal – Einicial, é dadapelo calor (q) adicionado ou liberado pelosistema, mais o trabalho realizado pelo ouno sistema (w):

ΔE = q + w



A primeira Lei da Termodinâmica

ΔE (positivo) Efinal > Einicial o sistema ganhou energia davizinhança

ΔE (negativo) Einicial > Einicial o sistema perdeu energia para asua vizinhança

Processos endotérmicos e exotérmicos

Endotérmico: absorve calor pelo sistema. Ex: fusão do gelo

Exotérmico: emite calor pelo sistema. Ex: combustão da gasolina



Funções de Estado

O valor da função de estado depende unicamente de sua condição atual e não do histórico específico da amostra.



Funções de Estado



Trabalho PV

As reações químicas podem absorver ou liberar calor. No entanto elas podemprovocar a realização de trabalho.

Por exemplo, quando um gás é produzido, ele pode ser utilizado para empurrarum pistão, realizando, assim, trabalho.

Zn(s ) + 2H+(aq ) → Zn2+(aq ) + H2(g )

O trabalho realizado pela reação acima é denominado trabalho de pressão- volume . Quando a pressão é constante:

w = - P ΔV



Entalpia

Entalpia, H : é o calor transferido entre o sistema e a vizinhançarealizado sob pressão constante.

H = E + PV ΔH = Δ (E + PV) ΔH = ΔE + P ΔV

Entalpia é uma função de estado. Quando ΔH é positivo, o sistema ganha calor da vizinhança. Quando ΔH é negativo, o sistema libera calor para a vizinhança



Entalpias de reação

A entalpia é uma propriedade extensiva (a ordem de grandezado ΔH é diretamente proporcional quantidade):

ΔH = H (produtos) – H (reagentes)

CH4(g ) + 2O2(g ) → CO2(g ) + 2H2O(l ) ΔH = -890 kJ2CH

4(g) + 4O

2(g) →2CO

2(g) + 4H

2O(g)

ΔH = - 1780 kJ

Quando invertemos uma reação, alteramos o sinal do ΔH :

CO2(g ) + 2H2O(l ) → CH4(g ) + 2O2(g ) ΔH = +890 kJ

A variação na entalpia depende do estado:H2O(g ) → H2O(l ) ΔH = -88 kJ



Calorimetria

Calorimetria é a medição do fluxo de calor.

Calorímetro é o instrumento que mede o fluxo decalor.

Capacidade calorífica é a quantidade de energianecessária para aumentar a temperatura de umobjeto (em um grau).

Capacidade calorífica molar é a capacidadecalorífica de 1 mol de uma substância.

Quanto maior a capacidade calorífica, maior o calornecessário para produzir determinado aumento da

temperatura.



Calorimetria

Calor específico é a capacidade caloríficaespecífica de calor de 1 g de uma substância:

calor específico = q / m x ΔT

Exemplo: São necessários 209 J para aumentar a temperatura

de 50 g de água em 1K. Logo, o calor específico da

água é: Calor específico = 209 J / (50 g) x (1 K) = 4,18 J / g K



Calorimetria a pressãoconstante

H = qp

O calor obtido pela solução tem de serproduzido pela reação em estudo.

Para uma reação exotérmica, o calor é“dispendido” pela reação e “obtido” pelasolução, por isso, a temperatura da soluçãosobe.

Para uma reação endotérmica, o calor

absorvido pela solução, qsolução, é igual emvalor absoluto e de sinal contrário a partir deqr : qsolução = - qp:

qsolução = (calor específico da solução ) x (gramasda solução) x T = - qr



Calorimetria a volumeconstante

• A reação é realizada a umapressão constante da atmosfera.

• Utilize uma bomba calorimétrica.qr = - ccal x ΔT

• Normalmente estuda acombustão.



Lei de Hess

A variação de entalpia, associada a qualquerprocesso químico depende da quantidade desubstância que sofre variação, da natureza

do estado inicial dos reagentes e do estadofinal dos produtos.

Isso significa que uma reação podeocorrer em uma etapa ou em uma série deetapas.



Lei de Hess

A lei de Hess: se uma reação é executadaem uma série de etapas, o ΔH para a reaçãoserá igual à soma das variações de entalpia

para as etapas individuais.



Lei de Hess

Observe que:ΔH 1 = ΔH 2 + ΔH 3



Entalpias de formação

Se 1 mol de composto é formado a partir de seus elementosconstituintes, a variação de entalpia para a reação é denominadaentalpia de formação, ΔH of .

Condições padrão (estado padrão): 1 atm e 25 oC (298 K).

A entalpia padrão, ΔH o, é a entalpia medida quando tudo está em seuestado padrão.

Entalpia padrão de formação: 1 mol de composto é formado a partirde substâncias em seus estados padrão.

Se existe mais de um estado para uma substância sob condiçõespadrão, o estado mais estável é utilizado.

A entalpia padrão de formação da forma mais estável de um elemento é zero porque não existe reação de formação apropriada quando oelemento já está em seu estado padrão.




Utiliza-se a Lei de Hess para calcular asentalpias de uma reação a partir dasentalpias de formação.



Resposta do exercício quevaleu nota Misturando 50 mL de 1 mol de HCl e 50 mL de 1mol de NaOH...

Resposta:

Como o volume da solução é 100 mL, sua massa é (100 mL) x (1 g/mL) =100 g

A variação de temperatura é: 6,5ºC

Uma vez que a temperatura aumenta a reação é exotérmica:

qr

= - (4,18) x (100) x (6,5) = - 2,7 kJ

Como o processo ocorre a pressão constante, H = - qp = - 2,7 kJ

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