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Relaes de energia em Qumica

11--

TermoquTermoqumicamica Termodinmica -

o estudo da energia e suas

transformaes. Alteraes termoqumicos -

alteraes de

energia associados com reaes qumicas. Sistema

a parte especfica do universo de

interesse para ns Vizinhana

ou

Arredores

a parte do universo

no contidas no sistema.

1.11.1--Tipos de Tipos de sistemassistemasSistema

aberto

trocas

de massa e

energiaSistema

fechado

trocas de energia,

mas nenhuma massaSistema

isolado

nenhuma troca de

qualquer massa ou energia

1.11.1--Tipos de Tipos de sistemassistemas

SistemaAberto

Isolamento

Sistema lsoladoSistema

Fechado

Tampa/cortia

1.21.2--Diferentes Diferentes tipostipos

de de energiaenergiaEnergia -

a capacidade de fazer trabalho.

A energia trmica -

associado aos movimentos aleatrios de tomos e molculas.Energia trmica -

a transferncia de

energia trmica entre dois objetos em diferentes temperaturas.

1.21.2--Diferentes Diferentes tipostipos

de de energiaenergia

Energia qumica -

energia armazenada no interior das unidades estruturais da substncia qumica.Energia potencial -

a capacidade de um

objeto para realizar o trabalho por causa de sua posio em um campo de fora.

1.21.2--

DiferentesDiferentes

tipostipos

de de energiaenergia

Energia cintica -

o trabalho que pode ser realizada por um objeto em movimento.

Unidade

de energia1 Joule (J)=1 kg m2/s2

Antiga unidade de energia1 calorie (cal)

= 4,184 J

22--

Lei da ConservaLei da Conservao da Energiao da Energia

A energia

criada nem destruda em processos qumicos e fsicos.

Convertida de um tipo para outra.

Isso tambm

expressa em termos da primeira lei da termodinmica

2.1-

Primeira lei da termodinmica

if EEE

E = variao de energia interna do sistema

Ef e Ei a energia dos estados final e inicial, respectivamente

2.12.1--

PrimeiraPrimeira

Lei Lei dada

TermodinmicaTermodinmica

As reaes qumicas absorvem ou libertaram energia.

Reao exotrmica

o sistema

libera

calor para o ambiente.Endotrmico reao calor

fornecido ao

sistema pelo ambiente.

2.1.12.1.1--

PrimeiraPrimeira

Lei Lei ConsolidadaConsolidada

Sistemas qumica -

a converso de energia trmica em trabalho.

wqEEE if

2.22.2--

Sinais de calor e trabalhoSinais de calor e trabalho

Trabalho realizado pelo sistema no ambiente, ou seja, o

sistema

perdeu

energia

para

sua

vizinhana.

w < 0, ou

seja,

negativo.

Trabalho realizado pelo ambiente no sistema, ou seja , sistema

ganhou

energia

de sua

vizinhana.

w > 0, ou

seja

,

positivo

q < 0, fluxos de calor para ambientes

Exotrmico

(negativo)

q > 0, calor flui para o sistema

Endotrmico

(positivo)

2.32.3--

PressoPresso--volume de volume de trabalhotrabalho

w = -Pop

V w = -Pop

(Vf

-Vi

)

Este

o tipo de trabalho realizado pelos pistes nos motores de nossos automveis!

Quanto maior a magnitude do Pop

, o gs tem de "trabalhar mais" para obter a mesma mudana de volume .

2.32.3--

PressoPresso--volume de volume de trabalhotrabalho

2.42.4--

FunFunes do Estado e Caminhoes do Estado e Caminho

E, H, V so exemplos de funes do estado. Funes

do estado

valor numrico no depende de

como o processo

realizado.

Trabalho (w) e q (calor) so funes caminhoA quantidade de trabalho realizado ou calor liberado

depende de como as mudanas no estados do sistema.

Entalpia (H)

utilizada para quantificar o fluxo de calor para dentro ou para fora de um sistema de um processo que ocorre a uma presso constante.

H = calor emitida ou absorvida durante a reao a uma presso constante

Examine reao

qumica.C (s) + O2 (g)

CO2 (g)

E = E[CO2 (g)

]

E[C(s)

]

E[O2(g)

]

Esta reao tem uma variao de entalpia negativa (H = -393,5 kJ).

Pela primeira lei

meio

E + sist

E = 0meio

E = -sist

E

A energia "perdida" do sistema

"ganha" nos arredores.

33--

Entalpias de formaEntalpias de formao o --

entalpias entalpias padro de reapadro de reaoo

A variao de entalpia para a reaor

H = H(produto) -

H(reagentes) No podemos medir os valores absolutos

das entalpias!! Como ns, "medimos" entalpias (ou o

contedo de calor) de espcies qumicas ?

3.13.1--

ReaReaoo

de de formaformaoo

A Termodinmica qumica

o ponto de referncia ."

Para CO e o CO2

C (s) + O2

(g) CO2

(g)C (s) +

O2

(g) CO (g)

A "formao" de CO e CO2

a partir de seus elementos constituintes em seus estados padro em condies habituais.

Para a formao

de 1,0 mol de Na2

SO3

(s)

2 Na(s) + S(s) + 3/2 O2

(g)

Na2

SO3

(s)

A entalpia de formao "de Na2

SO3

(s),simbolizado

por

f

H[Na2

SO3

(s)]

3.13.1--

ReaReaoo

de de formaformaoo

3.1.13.1.1--

CondiCondies Padro de reaes Padro de reaes es termodinmicastermodinmicas

O sinal de grau, seja

ou , indica condies normaisP = 1,00 atm[espcies

aquosas] = 1,00 mol/L

T = temperatura

do interesse

(nota: 25C ou 298 K

usado nas tabelas nos textos.

Estado alotrpico

mais

estvel.

3.1.23.1.2--

Importncia da entalpia de formaImportncia da entalpia de formaoo

f

H

uma

quantidade

mensurvel!

Compare CO (g) com CO2

(g) C (s) + 1/2 O2

(g) CO (g)f

H

[CO(g)] = -110,5 kJ/mol

C (s) + O2

(g) CO2

(g)f

H

[CO2

(g)] = -

393,5 kJ/mol

A entalpia de formao para o CO2 (g)

maior do que a entalpia formao de CO (g)

.

3.1.33.1.3--

EntalpiasEntalpias

((calorescalores) de ) de reareaesesEntalpias de formao -

ponto de

referncia termodinmica.

Formao dos elementos e substncias simples

uma reao nula

f

H (elementos) = 0 kJ / mol.

Lei de Hess

Lei de Hess: Quando reagentes so convertidos em produtos, a variao da entalpia

o mesmo se a reao tem lugar

em um passo/etapa ou de uma srie de etapas.

Entalpia

uma funo de estado. No importa como voc chegar l, apenas quando voc comea e termina.

Calcular a entalpia padro de formao de CS2 (l) , sendo dados:

C(grafite) + O2

(g) CO2

(g)

H0

= -393.5 kJfS(rombico)

+ O2

(g) SO2

(g)

H0

= -296.1 kJf

CS2(l)

+ 3O2

(g) CO2

(g)

+ 2SO2

(g)

H0

= -1072 kJ

3.1.43.1.4--

CombustoCombusto

de de PropanoPropanoEntalpia de formao do C3

H8(g)

: 3Cgrafite

+ 4H2(g)

C3

H8(g)

Hf= -103,85kJ

Entalpia de formao do CO2(g)

: Hf= -

393,5 kJ

Entalpia de formao da H2

O(l) : Hf= -

285,8 kJ

CombustoCombusto

de de PropanoPropano

C3

H8(g)

: C3

H8 (g)

+ 5 O2 (g)

CO2 (g)

+ H2

O (l)

H= ?

3.1.53.1.5--

EquaEquaoo

geralgeral

Calcule mudanas de entalpia das entalpias de formao, como segue

-Inverter uma reao, o sinal da variao de entalpia para a reao invertida. -Multiplicar uma reao por um nmero inteiro, a variao de entalpia multiplicado pelo mesmo nmero inteiro.

reactants HnproductsHnH frfpr

3.1.63.1.6--

Outras importantes mudanOutras importantes mudanas de entalpiaas de entalpia

Muitos outros processos importantes esto associado a mudanas de entalpia. A medio das mudanas de calor para

esse processo pode nos dar alguns conhecimentos sobre as mudanas nas foras intermoleculares que ocorrem durante a transformao.

3.1.73.1.7--

EntalpiaEntalpia

((EnergiaEnergia) de ) de ligaligaoo

Olhe para o seguinte processo.

NaCl

(s) Na+

(g) + Cl-(g)

H = Hlig

. = +788 kJ/mol Energia

de ligao

Na+

(g) + Cl-(g) H2

O

Na+

(aq) + Cl-(aq)H = -784 kJ/mol

A 1

uma

reao

muito

endotrmica, devido

fora da ligao

inica!

3.23.2--

Calor de dissoluCalor de dissoluoo..

dissol

H

= o calor absorvido ou emitido quando uma quantidade de soluto (1mol)

dissolvido numa

quantidade grande de solvente.

NaCl

(s) + H2

O Na+