TERMOQUÍMICA 2007

TERMOQUÍMICA2007

Professores: Betinha / Marcos

TermoquímicaCiência que estuda as transferências de calor associadas a

uma reação química ou a mudanças de estado físico de uma substância.

Todas as transformações são acompanhadas por um efeito energético, onde ocorre a transferência de calor entre os participantes da reação química ou mudança de estado

físico.

Nesse capítulo estudaremos as transformações e o efeito energético que as acompanha. Esse efeito chama-se

CALOR DE REAÇÃO.

Calor de reaçãoImagine a queima de uma vela, esta ocorre com liberação de

energia na forma de luz e calor. Mas surge uma questão: Como medir a quantidade de calor que está envolvida nessa

transformação?

Existem aparelhos com os quais é possível realizar uma reação química

com perda de calor nula ou desprezível. Nesses aparelhos,

chamados CALORÍMETROS, pode-se determinar o calor de reação.

Calor de reação é o nome dado à quantidade de calor liberado ou

absorvido em uma reação química.

Unidades que vamos utilizarUnidades são as grandezas de medida utilizadas em

termoquímica para expressar a quantidade de energia envolvida nas transformações.

No S.I. (Sistema Internacional)

1kJ = 10 3 J

Em alimentos

kcal = 1 Cal = 1000 cal

O mais comum em exercícios de vestibular é trabalhar em kJ, porém em alimentos encontramos expresso as calorias

em kcal, que significa o mesma que 1000 calorias. Em nutrição, porém aparece a unidade Cal em letra maiuscula

que equivale a kcal.

Conceitos importantes em termoquímicaVamos utilizar algumas simbologias da termoquímica para nos

adequarmos a essa nova fase do nosso estudo.

Entalpia (H) = conteúdo de energia de cada substância participante de uma transformação. Palavra de origem grega

(enthalpein), que significa “aquecer”.

Variação de entalpia ( H) = Toda transformação que ocorre à pressão constante (por exemplo em frascos abertos), o calor é exatamente igual à diferença entre a entalpia dos produtos e

entalpia dos reagentes.

H = Hp - Hr Calor de reação

Variação de entalpia Variação de entalpia (( H) H) Equação

fundamental da termoquímica.

Hp = entalpia dos produtos, ou calor

dentro dos produtos

Hr = entalpia dos reagentes, ou calor

contido nos reagentes

H = Hp - Hr

Essa equação fornece dois resultados possíveis, H > 0, para valores positivos e H < 0, para valores negativos.

Em função desses valores e dos tipos de transformações que podem ocorrer, existem dois tipos de processos :

•Processos exotérmicos H < 0

•Processos endotérmicos H > 0

Processo ExotérmicoProcesso Exotérmico

Exotérmico, significa exo (fora), térmicos (calor) - calor para fora.

No processo exotérmico o calor é cedido pelos reagentes para o meio ambiente, isso é percebido pelo aumento da temperatura.

Um exemplo é, a queima de um combustível, ou papel. Essa energia é liberada na forma de calor, além da visível em forma

de luz.

Nas reações exotérmicas o sistema em reação apresenta uma diminuição da sua entalpia inicial (reagentes), pois uma parte

da energia inicial é liberada para o meio ambiente e outra parte fica contida nos produtos que também têm sua energia.

Hr > Hp

Exemplo de reação exotérmicaA formação da água (H2O) a partir de seus elementos constituintes, gás hidrogênio (H2) e gás oxigênio (O2),

representado pela reação abaixo:

1 H2(g) + 1/2 O2(g) 1 H2O(l) H = - 285,5 kJ

Hr = reagentes Hp = produtos H = Hp - Hr

Os reagentes ao se transformarem em produtos, liberam uma parte de sua energia para o meio ambiente, portanto eles tinham uma entalpia (energia) inicial maior que a dos

produtos, comprovando o resultado negativo do H, pois a Hr é maior que a Hp.

Essa mesma reação poderia ser escrita assim:

1 H2(g) + 1/2 O2(g) 1 H2O(l) + 285,5 kJ (calor liberado

nos produtos)

Processo endotérmicoProcesso endotérmicoEndotérmico, significa endo (dentro), térmicos (calor) - calor

para dentro.

No processo endotérmico o calor é absorvido pelos reagentes. Esse calor absorvido é proveniente do meio ambiente. Isso é percebido

pela diminuição da temperatura do meio externo.

Um exemplo é, o cozimento dos alimentos. Eles (alimentos) precisam absorver o calor da chama através da panela para

sofrerem alteração (cozinhar).

Nas reações endotérmicas o sistema em reação apresenta um aumento da sua entalpia final (produtos), pois os reagentes

absorvem energia do meio ambiente para dentro da reação, e essa energia absorvida fica contida nos produtos.

Hp > Hr

Exemplo de reação endotérmicaA decomposição do óxido de mercúrio (HgO), ocorre com

absorção de energia na forma de calor, proveniente de uma chama de gás, produzindo mercúrio (Hg(l)) no estado líquido e liberando gás oxigênio (O2), representado pela reação abaixo:

1 Hg(l) + 1/2 O2(g)1 HgO(s) H = + 90,7 kJ

Hr = reagentes Hp = produtos H = Hp - Hr

O reagente (HgO) ao se transformar em produtos, absorve energia do meio ambiente, e essa energia absorvida fica nos produtos ,

comprovando o resultado positivo do H, pois a Hr é menor que Hp.

1 Hg(l) + 1/2 O2(g)1 HgO(s) + 90,7 kJ

Calor sendo absorvido pelos reagentes

Essa mesma reação poderia ser escrita assim:

Conclusão : Quer dizer que para reconhecer um processo exotérmico ou endotérmico, devemos observar o valor do H ?

Sim, mas não podemos esquecer que existe outra maneira também, vejamos:

A + B C + D H < 0

A + B C + D + calor

A + B – calor C + D Processo EXOTÉRMICO

Existe um outra maneira de representar as reações exotérmicas e endotérmicas. É através de gráficos que

representam as transformações.

A + B C + D H > 0

A + B C + D - calor

A + B + calor C + D Processo ENDOTÉRMCO

Sentido ou caminho da reação

(H) Entalpia do processo

Hr

Hp

H = -285,8 kJ

Processo Exotérmico

Reagentes Produtos

Hr > Hp

Calor liberado para o meio ambiente

1 H2 + 1/2 O2

1 H2O(l)

H < 0

Leitura e interpretação da reação:

1 H2(g) + 1/2 O2(g) 1 H2O(l) H = - 285,5 kJ

“Quando 1 mol de hidrogênio gasoso reage com ½ mol de

oxigênio gasoso, eles liberam 285,8 kJ e se transformam em 1

mol de H2O líquida.



Hp

Hr

H = + 90,7 kJ

Processo Endotérmico

Reagentes Produtos

Hp > Hr

Calor absorvido do meio ambiente

1 Hg + 1/2 O2

1 HgO(s)

H > 0

Leitura e interpretação da reação:

1 Hg(l) + 1/2 O2(g)1 HgO(s) H = + 90,7 kJ

“1 mol de HgO sólido, para sofrer decomposição, absorve

90.7 kJ de energia e se transforma em 1 mol de Hg

líquido e ½ mol de O2 gasoso.

Aplicações da Termoquímica

A termoquímica encontra várias aplicações práticas na nossa vida, vamos citar algumas delas:

Energia dos combustíveisOs combustíveis de forma geral, são compostos que

através da sua combustão (queima) tem a finalidade de fornecer energia térmica (gás de cozinha), ou energia

mecânica (motor dos automóveis), necessários para que ocorram outras reações como o cozimento dos alimentos

ou o funcionamentos dos motores dos automóveis, ônibus, caminhões, máquinas, etc.

A energia para mover um Ônibus Espacial

A energia necessária para mover o ônibus espacial é proveniente da

liberação de energia na reação entre o H2 e o O2, formando H2O

As calorias nos alimentosQuando nos alimentamos, estamos fornecendo energia ao nosso organismo, necessárias às funções vitais do nosso corpo. São as famosas calorias (kcal), encontradas nos rótulos dos alimentos.

110 kcal/20 g

170 kcal/40 g

400 kcal/100 g

80 kcal/200 mL

As compressas frias e quentesAs compressas frias e

quentes, muito utilizadas por atletas quando sofrem

contusão, auxiliam no alívio das dores locais após uma

contusão, pois são compostos que tem características de

efetuarem reações endotérmicas ou exotérmicas, conforme o composto usado.

Compressas frias: usa-se nitrato de amônio (NH4NO3)

H = + 26,2 kJ Compressas quentes: usa-se cloreto de cálcio (CaCl2)

H = - 82,8 kJ

Os explosivosAs características de um bom explosivo são:

• decomposição rápida

• decomposição muito exotérmica

• Produtos gasosos, para exercer mais pressão.

As mudanças de Estado FísicoAs próprias mudanças de estado físico, são processos que absorvem ou liberam calor, conforme suas características.

Absorve calor

Endotérmica

Libera calor

Exotérmica

Equação TermoquímicaA entalpia de um elemento varia de acordo com o estado físico,

a pressão, a temperatura e a variedade alotrópica desse elemento. Logo, em uma equação termoquímica, devemos indicar:

• A equação química devidamente escrita e balanceada;

• os estados físicos dos participantes e, também as formas alotrópicas, caso existam;

• a variação de entalpia (H) ;

• a temperatura e a pressão nos quais a reação ocorreu;

OBS: Quando uma substância encontra-se no seu estado físico mais comum ou na forma alotrópica mais estável a 25ºC (298K) e 1 atm (760mm Hg), esta situação é denominada ESTADO PADRÃO.

• EXEMPLOS:

1 C (grafite) + 1O2(g) 1 CO2(g) H = - 394 Kj 25C (298K) 1 atm(760 mmHg)

As três substâncias representadas na equação estão no Estado Padão.

A equação termoquímica acima deve ser interpretada assim:

A 25C e 1 atm, 1 mol de carbono grafite reagiu com 1 mol de gás oxigênio, produzindo 1 mol de gás carbônico e liberando 394 Kj de energia.

OBSERVAÇÕES:Quando não são indicadas as condições em que ocorrem a reação, esta refere-se as condições ambiente, ou seja, 25C e 1 atm.

Fatores que influenciam o H de uma transformação.

• 1 – Quantidade de reagentes e produtos. Dividindo ou multiplicando uma equação termoquímica

por um número, o H da reação fica dividido ou multiplicado pelo referido número.

• H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(g) H = - 57 kj

• 2 H2(g) + 1 O2(g) 2 H2O(g) H = - 114 kj (foi multiplicado por 2)

• 2 – Estados físicos de reagentes e/ou produtos.

A mudança de estado físico de um ou mais participantes da reação pode alterar o valor do H.

H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(g) H = - 57 kj (gasoso)

H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(l) H = - 68 kj (líquido)

H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(s) H = - 70 kj (sólido)



Hr

Hp

Energia na < energia na < energia na

Fase sólida fase líquida fase gasosa

Hp

Hp

1 H2 + 1/2 O2

1 H2O(l)

1 H2O(g)

1 H2O(s)

Representando o processo de formação da água em um diagrama.

H = - 57 kj

H = - 68 kj

H = - 70 kj

H(s) > H(l) > H(g)

3 – Estado alotrópico de reagentes e/ou produtos.• A mudança no estado alotrópico acarretará uma variação na entalpia da substância alterando assim o

H do processo.

C(grafite) + ½ O2(g) CO2(g) H = - 94 kj (carbono grafite)

C(diamante) + ½ O2(g) CO2(g) H = - 94,5 kj (carbono diamante)



Hr

Hr

Reagentes Produtos

Hp

1 C(diamante) + 1/2 O2

1 CO2(g)

Representando o processo de formação do gás carbônico a partir do Carbono Grafite e Carbono Diamente.

H = - 94,5 kj

H = - 94 kj

1 C(grafite) + 1/2 O2

Tarefa para exercitar e aprender

• Livro página 343

Exercícios 1066,1067,1068,1069,1073,1074

• Livro página 346

Exercícios 1076,1077,1078,1079,1080,1081,1082,1084,1085,1086.

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