termoquimica
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Prof . Mat eus Andrade
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A Term oquím ic a t em c om oobjet ivo o est udo das var iaç õesde energ ia que ac om panham as
reaç ões quím ic as.
Não há reaç ão quím ic a queoc orra sem var iaç ão de energ ia !
A energ ia é c onservat iva. Não pode ser c r iadaou dest ru ída. Apenas t rans form ada !
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As var iaç ões de energ ia, nasreaç ões quím ic as, m ani fes t am -se
sob a form a de c a lor (gera lm ent e) eluz l iberada ou absorv ida.
A or igem da energ ia envolv ida num areaç ão quím ic a dec orre,
bas ic am ent e, de um novo arran jopara as l igaç ões quím ic as.
O c ont eúdo de energ ia arm azenado, pr inc ipa lm ent e naform a de l igaç ões é c ham ado de ENTALPIA (ent halpein, do
grego = calor) e s im bol izado por H (heat ).
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ICA Em funç ão da energ ia envolv ida as
reaç ões podem ser de dois t ipos:
I - Ex ot érm ic as: l iberam energ ia.
• proc essos de c om bust ão, respi raç ão anim al .
I I - Endot érm ic as: absorvem energ ia.
• fo t ossínt ese, c ozim ent o dos a l im ent os.
Class i f ic aç ão das reaç ões t erm oquím ic as
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Represent aç ões gráf ic as (1)
Com bust ão do e t anol - ex ot érm ic a
H2 < H1
DH = H2 - H1
DH < 0
CALOR LIBERADO
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Represent aç ões gráf ic as (2)
Fot ossínt ese - endot érm ic a
H2 > H1
DH = H2 - H1
DH > 0
CALOR ABSORVIDO
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Com o pode ser m edido o c a lor de reaç ão ?
Para reaç ões em m eio aquoso (ex .: neut ra l izaç ões)ut i l iza-se um c alor ím et ro, que nada m ais é do que um a garra fat érm ic a (f igura 1). Para reaç ões de c om bust ão u t i l iza-se
um a bom ba c alor im ét r ic a (f igura 2).
f igura 1 - c a lor ím et ro f igura 2 - bom ba c a lor im ét r ic a
Nos dois c asos oc alor é t ransfer ido
para um a m assade água e obt ido a
par t i r daex pressão
Q = m . c . D T
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Equaç ões t erm oquím ic as (requ is i t os)
1 . Equaç ão quím ic a a just ada.
D H 0 Ent a lp ia padrão: m edida à 250 C e 1 at m .
4. Ind ic aç ão das c ondiç ões de pressão et em perat ura em que fo i m edido o D H.
3. Ind ic aç ão da ent a lp ia m olar , is t o é , por m olde produt o form ado ou reagent e c onsum ido.
2. Ind ic aç ão dos est ados f ís ic os e a lot róp ic os•(quando for o c aso) dos c om ponent es.
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• Est ados a lot róp ic os m ais c om uns
Carbono
Graf i t e Diam ant e
Enx ofre
Rôm bic o Monoc l ín ic o
Rôm bic o e m onoc l ín ic o = form as d i ferent es de c r is t a l izaç ão
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Est ados a lot róp ic os m ais c om uns
Fósforo
Ox igênio
Verm elho
O2O3 (ozônio)
Branc o
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Tipos de Ent a lp ias ou Calores de Reaç ão
1. Ent a lp ia de Mudanç a de Fase.
2. Ent a lp ia ou Calor de Form aç ão.
3. Ent a lp ia ou Calor de Dec om posiç ão.
4. Ent a lp ia de Com bust ão.
5. Ent a lp ia de Dissoluç ão.
6. Ent a lp ia de Neut ra l izaç ão.
7. Ent a lp ia ou Energ ia de L igaç ão.
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Ent a lp ia de Mudanç a de Fase
Corresponde à energ ia envo lv ida na m udanç ade est ado f ís ic o ou c r is t a l ino de um m ol de
subst ânc ia s im ples ou c om post a.
Ex em plos
H2O(s) Ã H2O(l ) DH273 = + 6,011 k J /m ol
H2O(l ) Ã H2O(g) DH298 = + 43,948 k J /m ol
C(graf .) Ã C(diam .) DH298= + 1 ,885 k J /m ol
Srôm bic o) Ã S(m onoc l ín ic o) DH 298= + 0,297 k J /m ol
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Ent a lp ia de Form aç ão (DH f)
Corresponde à energ ia envo lv ida na form aç ãode um m ol de subst ânc ia a par t i r de
subst ânc ias s im ples, no est ado a lo t róp ic om ais c om um .
Ex em plos
H2(g) + 1 /2 O2(g) Ã H2O(l) DHf = - 285,5 k J /m ol
C(graf i t e) + O2(g) Ã CO2(g) DHf = - 393,3 k J /m ol
1/2 N2(g) + 1 /2 O2(g) Ã NO(g) DHf = + 45,9 k J /m ol
Ent a lp ia de form aç ão de subst ânc ias s im ples é nu la !
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Ent a lp ia de Dec om posiç ão
Pode ser c onsiderada c om o a ent a lp iainversa à de form aç ão de um a
subst ânc ia.
Ex em plos
H2O(l à H2(g) + 1/2 O2(g) ) DH = + 285,5 k J /m ol
CO2(g) Ã C(graf i t e) + O2(g) DH = + 393,3 k J /m ol
NO(g) Ã 1 /2 N2(g) + 1 /2 O2(g) DH = - 45,9 k J /m ol
Observe que ao inver t er a equaç ão a var iaç ão deent a lp ia t roc a de s ina l a lgébr ic o !
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Ent a lp ia de Com bust ão
Corresponde à energ ia l iberada nareaç ão de 1 m ol de subst ânc ia
(c om bust íve l ) c om O2 puro (c om burent e).
Se o c om bust íve l for m at er ia l orgânic o(C,H e O) a c om bust ão pode ser de dois
t ipos:
I - Com plet a: os produt os são CO2 e H2O.
I I - Inc om plet a : a lém dos produt os ac im aform a-se, t am bém , CO e/ou C (fu l igem ).
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Com bust ão c om plet a CHAMA AZUL
CH4 + 2O2 Ã CO2 + H2O DH = - 889,5 k J /m ol
C3H8 + 5O2 Ã 3CO2 + 4H2O DH = - 1 .400 k J /m ol
Na c om bust ão inc om plet aa c ham a é a laran jada.
A c om bust ão do C t am bém éa form aç ão do CO2 !
A c om bust ão inc om plet a or ig inam enor c alor l iberado do que a
c om bust ão c om plet a .
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Ent a lp ia de Disso luç ão
Corresponde ao c a lor l iberado ou absorv idona d issoluç ão (às vezes seguida de
dissoc iaç ão ) de 1 m ol de subst ânc ia de t a lm odo que pela adiç ão de quant idades
c resc ent es de água, se ja a lc anç ado uml im i t e a par t i r do qua l não há m ais l iberaç ão
ou absorç ão de c a lor .
Ex em plos
H2SO4(l ) + aq (2 m ols ) Ã H2SO4(aq) DH = - 28,0 k J /m ol
H2SO4(l ) + aq (100 m ols ) Ã H2SO4(aq) DH = - 84,4 k J /m ol
NH4NO3(s) + aq à NH4+NO3
-(aq) DH = + 26,3k J /m ol
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Ent a lp ia de Neut ra l izaç ão
Corresponde ao c a lor l iberadona form aç ão de 1 m ol de água,a par t i r da neut ra l izaç ão de 1
m ol de íons H+ por 1 m ol de íonsOH -, em so luç ão aquosa d i lu ída.
Ex em plos
HCl + NaOH Ã NaCl + H2O DH - 58,0 k J /m ol
HNO3 + K OH Ã K NO3 + H2O DH - 58,0 k J /m ol
Na reaç ão de ác idos for t es c om bases for t es a var iaç ão deent a lp ia é aprox im adam ent e c onst ant e po is a reaç ão é
sem pre: H+ + OH - Ã H 2O !
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Ent a lp ia ou Energ ia de L igaç ão
É a quant idade de c a lor absorv ida naquebra de 6 ,02.1023 l igaç ões de
det erm inada espéc ie, supondo assubst ânc ias no est ado gasoso, à 250 C.
A quebra de l igaç ões é sem pre um proc essoendot érm ic o enquant o a form aç ão de
l igaç ões será sem pre ex ot érm ic o.
Nos reagent es sem pre oc orrerá quebra del igaç ões (DH > 0) e nos produt os oc orrerá
form aç ão de l igaç ões (DH < 0) .
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Ex em plos de energ ias de l igaç ão
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Cálc u lo de ent a lp ia a par t i r das l igaç ões
Calc u lar a var iaç ão de ent a lp ia na reaç ão:
2 H - H (g) + O = O(g) Ã 2 H - O - H (g)
DHreagent es = 2 . 435,5 + 497,8 = + 1 .368,8 k J
DHprodut os = - (4 . 462,3) = - 1 .849,2 k J
D H reaç ão = - 480,4 k J ou - 240,2 k J /m ol
A var iaç ão de ent a lp ia da reaç ão será obt idapela som a a lgébr ic a das ent a lp ias ac im a:
D H reaç ão = DH reagent es + DHprodut os
D H reaç ão = + 1.368,8 + (- 1 .849,2)
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A Lei de Hess , t am bém c onhec idac om o Le i da Som a dos Calores de
Reaç ão , dem onst ra que avar iaç ão de ent a lp ia de um a
reaç ão quím ic a não depende dom odo ou c am inho c om o a m esm aé real izada e s im do est ado in ic ia l
(reagent es) e es t ado f ina l(produt os) .
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A Le i de Hess pode ser dem onst rada apar t i r do seguint e ex em plo:
Cam inho 2
C(graf .) + ½ O2(g) Ã CO(g) DH2 = - 280,6 k J
CO(g) + ½ O2(g) Ã CO2(g) DH3 = - 112,8 k J
A ent a lp ia f ina l será DH 2 + DH 3
Cam inho 1
C(graf .) + O2(g) Ã CO2(g) DH1 = - 393,4 k J
Som ando as duas equaç ões resu l t a :
C(gra f .) + O2(g) Ã CO2(g) DH1 = - 393,4 k J
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Ex em plo
Calc ular a var iaç ão de ent a lp ia envolv idana c om bust ão de 1 m ol de CH 4(g),
ex pressa por :
CH4(g) + 2 O2(g) Ã CO2(g) + 2 H2O(l )
sabendo que:
1) DH form aç ão CH 4(g) = - 74,82 k J /m ol
2) DH form aç ão CO2(g) = - 393,4 k J /m ol
3) DH form aç ão H 2O(l ) = - 285,5 k J /m ol
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Soluç ão
Desenvolvendo as equaç ões re lat ivas àform aç ão dos c om ponent es:
1. form aç ão do CH4
C + 2 H2 CH4 DH1 = - 74,82 k J /m ol2. form aç ão do CO2
C + O2 CO2 DH2 = - 393,4 k J /m ol3. form aç ão da H2O
H2 + ½ O2 H 2O DH3 = - 285,5 k J /m ol
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Soluç ão
Apl ic ando a Lei de Hess, para obt er ac om bust ão do CH4 deverem os:
a) inver t er a equaç ão de form aç ão do CH 4 ;CH4 Ã C + 2H2 DH = + 74,82 k J
b) ut i l i zar da form a apresent ada a equaç ão de
form aç ão do CO2 ;C + O2 Ã CO2 DH = - 393,4 k J
c ) ut i l i zar a equaç ão de form aç ão da água
m ul t ip l ic ada por 2 (inc lus ive a ent a lp ia) 2H2 + O2 Ã 2H2O DH = - 571,0 k J
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Soluç ão
1) CH4 Ã C + 2H2 DH = + 74,82 k J
2) C + O2 Ã CO2 DH = - 393,4 k J
3) 2H2 + O2 Ã 2H2O DH = - 571,0 k J
que som adas, resul t a
A var iaç ão da ent a lp ia será:
DHRQ = + 74,82 + (- 393,4) +(- 571,0)
DHRQ = - 889,58 k J /m ol de CH4
CH4(g) + 2 O2(g) Ã CO2(g) + 2 H2O(l )
Esse m ét odo é c onhec ido c om o “ m ét ododas equaç ões t erm oquím ic as” .
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A Lei de Hess pode ser ap l ic adausando o “ m ét odo da ent a lp ia f ina l ein ic ia l ” , c onsiderando que a var iaç ão
de ent a lp ia de um a reaç ão quím ic a sódepende do est ado de energ ia de
reagent es e produt os.
DHRQ = S ni (DHf)produt os - S ni (DHf)reagent es
onde ni são os c oef ic ient esest equiom ét r ic os de reagent es e
produt os da reaç ão.
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Port ant o para a reaç ão:
CH 4(g) + 2 O2(g) Ã CO2(g) + 2 H 2O(l )
A var iaç ão de ent a lp ia será:
DHRQ = [DHf(CO2) + 2DHf(H2)] - [DHf(CH4) + 0]
DHRQ = [ (- 393,4) + 2(- 285,5)] - (- 74,82)
DHRQ = - 889,58 k J oule /m ol
A Ent a lp ia de form aç ão do O2 é nu la .
(subst ânc ia s im ples)
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Apl ic aç ões da Lei de Hess
1. Prev isão de c a lores de reaç ão, a par t i r de
ent a lp ias c onhec idas.
2. Det erm inaç ão do poder c a lor íf ic o de c om -
bust íve is aut om ot ivos e a l im ent os.
Ex em plos
Oc t ano (gasol ina) = 47,8 k J ou le/gram a
Et anol (álc ool c om um ) = 44,7 k J oule /gram a
Met ano (GNV) = 49,0 k J oule /gram a
Gl ic ose (c arbohidra t o) = 17,5 k J oule /gram a
Lipíd io (gorduras) = 38,6 k J ou le/gram a
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