b reações de combustão; termoquímica, lei de...
TRANSCRIPT
cas
es Q
uím
i
Principais Tópicos Abordados
orm
açõe
Combustíveis:
–Tr
ansf
o
Petróleo;
Obtenção de combustíveis – destilação;
BC
0307
– Obtenção de combustíveis destilação;
Hidrocarbonetos: alcanos, alcenos, alcinos
B
Reações de combustão;
Termoquímica, Lei de Hess.
cas
Destilaçãofracionada
es Q
uím
i fracionada
orm
açõe
–Tr
ansf
o
baseia-se nos diferentes pontos de ebulição dos hidrocarbonetos
BC
0307
– hidrocarbonetos constituintes.
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
Hidrocarbonetos
C1 a C4
PE (oC)
-160 a 0
Fração
Gás natural e propano
es Q
uím
i C1 a C4
C5 a C11
-160 a 0
30 a 200
Gás natural e propano
gasolina
orm
açõe C10 a C16
C17 a C22
180 a 400
> 350
Querosene e óleo combustível
Lubrificante
–Tr
ansf
o 17 22
C23 a C34
350
Solido Parafina
BC
0307
– C35 Sólidos Asfalto
B
INTENSIDADE DAS FORÇAS DE LONDON
Compostos que contém somente
cas
Compostos que contém somenteátomos de C e H
es Q
uím
i
Tipos:f
orm
açõe 1. Aromáticos 2. Alifáticos
–Tr
ansf
o
Pentano, C5H12
BC
0307
– Pentano, C5H12
B
Hexano, C6H14 Etilbenzeno, C6H5CH2CH3
cas Hidrocarboneto saturado: possui
C C
es Q
uím
i somente ligações C-C simples
orm
açõe
Pentano, C5H12
–Tr
ansf
o
Hidrocarboneto insaturado: possui uma ou mais ligações C C duplas ou triplas
BC
0307
– ou mais ligações C-C duplas ou triplas
B
Fórmula estrutural condensada: mostra ca
s
como os átomos estão agrupados( ) ( ) d
es Q
uím
i
ButanoCH3CH2CH2CH3 CH3CH(CH3)CH3
Metil-propano( ) indica o
grupo ligado ao átomo de C
orm
açõe à esquerda
CH3(CH2)2CH3
–Tr
ansf
o
( ) usado para grupo de átomos que se
BC
0307
– de átomos que se repetem
B
Li õ d b d l ã
cas
Ligações dos carbonos dos alcanos são simples em um arranjo tetraédrico com
es Q
uím
i
hibridização sp3.
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo +
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Hidrocarbonetos nos quais dois átomos de ca
s
carbono compartilham mutuamente dois pares de elétrons, formando ligação dupla,
es Q
uím
i pares de elétrons, formando ligação dupla, em um arranjo trigonal planar com hibridização sp2
orm
açõe hibridização sp2
–Tr
ansf
o
1s2 2s2 2p2
hib
1 2 2
BC
0307
– 1s 2s 2p 1s2 sp2 p
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
i
Eteno C2H4
orm
açõe
Eteno, C2H4
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Hidrocarbonetos nos quais dois átomos de
cas
qcarbono compartilham mutuamente três pares de elétrons formando ligação tripla
es Q
uím
i pares de elétrons, formando ligação tripla em um arranjo linear com hibridização sp.
orm
açõe
–Tr
ansf
o
1s2 2s2 2p2
hib
BC
0307
– hib
B
1s2 sp p
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
i
Etino, C2H2
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
= =
es Q
uím
i = =
orm
açõe
Nuvem deslocalizada
–Tr
ansf
o
de elétrons π
BC
0307
– =
B
cas
es Q
uím
i
Benzeno, C6H6 Naftaleno, C10H8 Antraceno, C14H10
orm
açõe
–Tr
ansf
o
Substituinte: FENILA
BC
0307
–
Ex: 2-fenil-butano
B
CH3 – CH - CH2 - CH3
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
i
etanol
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Etoxietano – nomenclatura oficial Usado como anestésicoÉter dietílico – nomenclatura usual
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–
CH3 – O – CH2CH3
MetoxietanoPintura da primeira demonstração pública,em 1846 de cirurgia com anestesia comB em 1846, de cirurgia com anestesia cométer, no Hospital Geral de Massachusetts.
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Geriz R et al, Quimica Nova, 30 (2007) 1369
Reação química com o oxigênio,
cas
Reação química com o oxigênio, acompanhada de transferência de energia, na forma de calor.
es Q
uím
i de e e g a, a o a de ca o
CH 2O CO 2H O H 890 kJ
orm
açõe CH4(g) + 2O2 (g) CO2(g) + 2H2O(l) H = - 890 kJ
(E ã t í i )
–Tr
ansf
o (Equação termoquímica)
BC
0307
–
1 mol de CH4 produz 890 kJ de calor em 298K e 1 bar
B
QUANTIDADE DE MATÉRIA uma das sete grandezas de base dosistema SI unidade: MOL
cas
sistema SI unidade: MOL
MOL a quantidade de matéria de uma sistema que possui tantas
es Q
uím
i q q pentidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 kg decarbono 12.
orm
açõe
Devem ser especificadas: átomos, moléculas,
–Tr
ansf
o
elétrons, outras partículas ou agrupamentos
especiais de tais partículas.
BC
0307
–
QUAL É O NÚMERO DESTAS PARTÍCULAS?
B
Constante de Avogadro: 6,02214x1023 mol-1
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas um mol de um gás (CO2)
44 gramas
es Q
uím
i 44 gramas
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
um mol de um sólido (NaCl)B um mol de um sólido (NaCl)58,5 gramasum mol de um líquido (H2O)
18 gramas
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Qual é a MASSA MOLAR dos seguintesátomos / moléculas?
cas
CC HH 44 g mol44 g mol--11 40 l40 l 11
átomos / moléculas?
es Q
uím
i CC33HH88
OO22
NaOH
H2
44 g.mol44 g.mol
32 g.mol32 g.mol--11
40 g.mol40 g.mol--11
2 g.mol2 g.mol--11
orm
açõe
COCO22
H2
Ar44 g.mol44 g.mol--11
g og o
40 g.mol40 g.mol--11
–Tr
ansf
o
HH22OO HCl18 g.mol18 g.mol--11 36,5 g.mol36,5 g.mol--11
BC
0307
–
AuAu CuSO4.2H2O197 g.mol197 g.mol--11 195,5 g.mol195,5 g.mol--11
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–
A matéria não se perde em
nenhuma reação químicaB nenhuma reação química.
Balanço de massaca
s
Massas Molares
ZnS = 97,5 g mol-1ZnS (s) + 2 HCl(aq) ZnCl2 (s) + H2S (g)
es Q
uím
i
HCl = 36,5 g mol-1
ZnCl2 = 136,5 g mol-1
H S 34 l 1
97,5 g 73 g(2 x 36,5)
136,5 g 34 g
orm
açõe H2S = 34 g mol-1
170,5 g170,5 g
–Tr
ansf
o
Esta é a PROPORÇÃO em MASSA desta reação. Assim, o dobroda massa de ZnS (195,0 g) reagiria com o dobro da massa de HCl
BC
0307
– ( g) g(146,0 g), formando o dobro de massa de cada produto.O mesmo raciocínio vale para a proporção em quantidade de
B
matéria dos reagentes desta reação.
CH4(g) + 2O2 (g) CO2(g) + 2H2O(l) H = - 890 kJ
cas
es Q
uím
i
1 mol de CH4 produz 890 kJ de l 298K 1 b
orm
açõe calor em 298K e 1 bar
–Tr
ansf
o
2 mol de CH4 vão produzir ______kJ1780
BC
0307
–
56 g de CH4 vão produzir _______ kJ
48 L de CH4 vão produzir kJ
31151780B 4 p ______
30x1023 moléculas de CH4 vão produzir ______ kJ4450
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas CalorCalor transferidotransferido
es Q
uím
i
∆E q +∆E q + TrabalhoTrabalho
orm
açõe ∆E = q + w∆E = q + w TrabalhoTrabalho
realizadorealizado pelopelosistemasistema
–Tr
ansf
o
VariaçãoVariação de de energiaenergia
sistemasistema
BC
0307
–
EnergiaEnergia é é conservadaconservada!!
B
ENDOtérmico: o calor é transferido da ENDOtérmico: o calor é transferido daVIZINHANÇA para o SISTEMA.
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–
T(T(sistemasistema) ) aumentaaumenta enquantoenquanto T T ((vizinhançavizinhança) ) diminuidiminui
B
O calor é sempre transferido do objetomais quente para o mais friomais quente para o mais frio
EXOtérmico: o calor é transferido do EM V NH N
cas
SISTEMA para a VIZINHANÇA.
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–
T(T(sistemasistema) ) diminuidiminui enquantoenquanto a T(a T(vizinhançavizinhança) ) aumentaaumentaB (( )) qq (( çç ))
Reação química com o oxigênio, acompanhada d t f ê i d i f d l
cas
de transferência de energia, na forma de calor.
es Q
uím
i
CH4(g) + 2O2 (g) CO2(g) + 2H2O(l) H = - 890 kJ
orm
açõe
1 mol de CH4 produz 890 kJ de calor em 298K e 1 bar
–Tr
ansf
o
Entalpia (H): quantidade de calorVariação da Entalpia (H):
BC
0307
– quantidade de calorde uma substância a pressão constante
diferença entre as quantidades finais e
iniciais de H a P constanteB iniciais de H a P constante
cas CH4(g) + 2O2 (g) CO2(g) + 2H2O(l) H = - 890 kJ
es Q
uím
i
2CH 4O 2CO 4H O H 1780 kJ
orm
açõe 2CH4(g) + 4O2 (g) 2CO2(g) + 4H2O(l) H = - 1780 kJ
–Tr
ansf
o
2CO2(g) +4H2O(l) 2CH4(g) +4O2 (g)H = + 1780 kJ
BC
0307
– 2(g) 2 (l) 4(g) 2 (g)
B
cas
SubstânciaBenzenoC
FórmulaC6H6(l)C
Hco
- 3.2683 9
es Q
uím
i CarbonoEtanolE i ( il )
C(s, grafita)C2H5OH(l)C H
- 3.94- 1.3681 300
orm
açõe Etino (acetileno)
GlicoseHid ê i
C2H2(g)C6H12O6(s)H
1.300- 2.808
286
–Tr
ansf
o HidrogênioMetanoO t
H2(g)CH4(g)C H
- 286- 8905 471
BC
0307
– OctanoPropanoU éi
C8H18(l)C3H8(g)CO(NH )
- 5.4712.220
632B Uréia CO(NH2)2(s) - 632
Calorimetria a pressão constante
Bomba calorimétrica(calorimetria de volumepressão constante (calorimetria de volume
constante)ca
ses
Quí
mi
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
• usada p/ combustãoB • usada p/ combustão
cas ∆H = ∆H = HHfinalfinal -- HHinicialinicial
es Q
uím
i
HH HH HH HH
orm
açõe HHfinalfinal > > HHinicialinicial HHfinalfinal < < HHinicialinicial
–Tr
ansf
o
∆H é ∆H é positivopositivo ∆H é ∆H é negativonegativo
BC
0307
–B
ENDOTÉRMICOENDOTÉRMICO EXOTÉRMICO
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
O calor liberado ou absorvido em uma reação depende
cas
ç pdos estados físicos dos reagentes e produtos
es Q
uím
i
CH4(g) + 2O2 (g) CO2(g) + 2H2O(g)H = - 802 kJ
orm
açõe CH4(g) +2 O2 (g) CO2(g) + 2H2O(l) H = - 890 kJ
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
DependeDepende de de comocomo se se escreveescreve a a reaçãoreação e dos e dos estadosestados físicosfísicos dosdos reagentesreagentes e dose dos produtosprodutosDependeDepende de de comocomo se se escreveescreve a a reaçãoreação e dos e dos estadosestados físicosfísicos dosdos reagentesreagentes e dose dos produtosprodutos
cas
estadosestados físicosfísicos dos dos reagentesreagentes e dos e dos produtosprodutosestadosestados físicosfísicos dos dos reagentesreagentes e dos e dos produtosprodutos
HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) HH22O(g)O(g) ∆H˚ = ∆H˚ = --242 kJ242 kJ
es Q
uím
i 22(g)(g) 22(g)(g) 22 (g)(g) JJ2 H2 H22(g) + O(g) + O22(g) (g) 2 H2 H22O(g)O(g) ∆H˚ = ∆H˚ = --484 kJ484 kJ
HH O(g) O(g) HH (g) + 1/2 O(g) + 1/2 O (g) (g) ∆H˚ = +242 kJ∆H˚ = +242 kJ
orm
açõe HH22O(g) O(g) HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ∆H = +242 kJ∆H = +242 kJ
HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) HH22O(l)O(l) ∆H˚ = ∆H˚ = --286 kJ286 kJ
–Tr
ansf
o
EntalpiaEntalpia padrãopadrão de de formaçãoformação molarmolar ((∆∆HHffoo) é a ) é a
variaçãovariação de H de H parapara a a formaçãoformação de 1 mol de um de 1 mol de um
BC
0307
– compostocomposto a a partirpartir de de substânciassubstâncias simples no simples no estadoestado padrãopadrão..
B
∆∆HHffoo = 0 = 0 parapara elementoselementos ouou moléculasmoléculas
((substânciassubstâncias simples) no simples) no estadoestado padrãopadrão..
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Utili dUtili d t b lt b l d d t l it l i d ãd ã d d f ãf ãUtilizandoUtilizando umauma tabelatabela de de entalpiaentalpia padrãopadrão de de formaçãoformação,,ccalculealcule a a entalpiaentalpia de de combustãocombustão do do metanolmetanol, ∆, ∆HHoo
combcomb
cas
CHCH33OH(g) + 3/2 OOH(g) + 3/2 O22(g) (g) COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)
∆∆HHoo ∆∆HH oo (( d td t ) ) ∆∆HH oo (( tt ))
es Q
uím
i ∆∆HHoocombcomb= = ∆∆HHff
oo ((produtoproduto) ) -- ∆∆HHffoo ((reagentereagente))
orm
açõe
∆H∆Hoo == ∆∆HHffoo (CO(CO22)+ 2∆H)+ 2∆Hff
oo (H(H22O)O) -- {3/2∆H{3/2∆Hffoo (O(O22) )
–Tr
ansf
o
+∆+∆HHffoo (CH(CH33OH)} OH)} = (= ( 393 5 kJ) + 2 (393 5 kJ) + 2 ( 241 8 kJ) 241 8 kJ) {0 + ({0 + ( 201 5 kJ)}201 5 kJ)}
BC
0307
– = (= (--393.5 kJ) + 2 (393.5 kJ) + 2 (--241.8 kJ) 241.8 kJ) -- {0 + ({0 + (--201.5 kJ)}201.5 kJ)}∆∆HHoo = = --675.6 kJ 675.6 kJ porpor mol de mol de metanolmetanol
B
C/C/ l ll l ∆H∆HC/o C/o calcularcalcular o o ∆H ∆H de de umauma sequênciasequência
de de reacõesreacões??
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
S ã f
cas
Se uma reação for executada em uma série d t H
es Q
uím
i de etapas, o H para a reação será igual à
d i õ d
orm
açõe soma das variações de
entalpia para as etapas i di id i
–Tr
ansf
o individuais
BC
0307
–
Função de EstadoB Função de Estado
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) Ho = ?
cas
es Q
uím
i
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) Ho = -802 kJ
orm
açõe 2H2O(g) 2H2O(l) Ho = -88 kJ
CH + 2O + 2H O CO + 2H O + 2H O
–Tr
ansf
o CH4(g) + 2O2(g) + 2H2O(g) CO2(g) + 2H2O(l) + 2H2O(g) Ho = - 890 kJ
BC
0307
–B
Fornece um meio útil de se calcular as variações de energia que são difíceis de medir diretamente
cas
energia que são difíceis de medir diretamente.
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Fornece um meio útil de se calcular as variações de energia que são difíceis de medir diretamente.
cas
g q
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
Ci l d B H b
BC
0307
– Ciclo de Born-Haber para determinar a entalpia de redeB entalpia de rede
Exercício:
cas Como medir diretamente a entalpia de combustão do C
para formar CO?
es Q
uím
i para formar CO?
(1) C(s) + O2(g) CO2(g) H = -393,5 kJ
orm
açõe
(1) C(s) O2(g) CO2(g) H 393,5 kJ
(2) CO(g) + ½ O2(g) CO2 (g) H = -283,0kJ
–Tr
ansf
o (g) (g) (g)
Utilizando-se esses dados, calcule a entalpia de combustão de C para CO:
BC
0307
– combustão de C para CO:
(3) C(s) + 1/2O2(g) CO(g)B
V l d b tã i lib d d 1 d b tâ i
cas
Valor de combustão = a energia liberada quando 1 g de substânciaé queimada.
1 caloria nutricional, 1 Cal = 1000 cal = 1 kcal = 4,184 joules4,184 joules
es Q
uím
i A energia em nossos corpos vem de carboidratos e gorduras(principalmente)
Carboidratos são convertidos em glicose:
orm
açõe
C6H12O6(s) + 6O2(g) 6CO2(g)+ 6H2O(l), H = -2803 kJ
–Tr
ansf
o
E as gorduras:
2C H O ( ) + 163O ( ) 114CO ( ) + 110H O(l) H
BC
0307
– 2C57H110O6 (s) + 163O2 (s) 114CO2 (s) + 110H2O(l), H = -75,520 kJ
B
Gorduras: contêm mais energia; não são solúveis em água; portanto são boas para armazenagem de energia
Onde estudar?Onde estudar?1) ATKINS, P., JONES, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.
2) KOTZ, J. C., TREICHEL Jr., P., Química Geral e Reações Químicas, Vol. 1 e 2, 1 ed., São Paulo:
cas
Thomson Pioneira, 2005.
3) BRADY, J., HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 2, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2003.
es Q
uím
i
4) BROWN, T.L., Le MAY Jr., H.E.; BURSTEN, B.E., Química - a Ciência Central, 9 ed., São Paulo: Pearson, 2005.
orm
açõe 5) BROWN, L. S., HOLME T.A., Química Geral Aplicada à Engenharia, São Paulo: Cengage, 2009.
6) HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., BRADY, J., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 1, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2002.
–Tr
ansf
o
7) MAHAN, B.M., MYERS, R.J., Química – um Curso Universitário, 4 ed., São Paulo: Ed. Blücher, 1996.
8) MASTERTON, W.L., Princípios de Química, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, 1990.
BC
0307
–
Conceitos que devem ser estudados: Petróleo; obtenção decombustíveis (destilação); Hidrocarbonetos: alcanos,
B alcenos, alcinos, aromáticos; Reações de combustão;Termoquímica, Lei de Hess, cálculo de entalpia.