Entalpia das reações químicas

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Ciências da Natureza e suas 
Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2ª Série
Entalpia das reações químicas
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Um cheeseburger (150 g) possui 600 kcal de energia.
Dez palitinhos de batata frita (100 g) têm valor calórico de 274 kcal.
Duas colheres de arroz = 88 kcal
Uma porção de carne de vaca = 140 kcal
Uma concha de feijão = 137 kcal
Valor Calórico dos Alimentos
Mais informações em http://www.chi.pt/extras/tabela_calorias.htm
acesso em 01/07/2012.
Imagem : (a) Henrique Dante de Almeida/ Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported; (b) Michael Dorausch / Creative Commons 2.0; (c) Miansari66/Domínio Público.
2
Informações Nutricionais
Quantidade por porção
%VD*
Valor energético
116 kcal = 487 kJ
6%
Carboidratos
18 g, dosquais:
6%
Açúcares
0 g
**
Proteínas
1,6 g
2%
Gorduras Totais
4,3 g,das quais:
8%
Gorduras Saturadas
0,9 g
4%
Gorduras Trans
0 g
**
Gorduras monoinsaturadas
2,7 g
**
Gorduras poli-insaturadas
0,5 g
**
Colesterol
0mg
0%
Fibra alimentar
0 g
0%
Sódio
169mg
7%
Potássio
31mg
**
Ácido Fólico***
28mcg
12%
Para uma porção de 25 g (2 xícaras)
* %VD são os valores diários com base numa dieta de 2.000 kcal;
** Valores diários não estabelecidos;
*** Nutriente naturalmente presente.
Tabela retirada de um salgadinho Cheetos, da PepsiCo.
Lembrete:
kcal = Quilocaloria
kJ = Quilojoule
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Entalpia das Reações Químicas
ATIVIDADE: Informações Nutricionais
Utilizando a informação sobre o valor energético na tabela anterior, quantos quilojoules (kJ) correspondem a 1 quilocaloria (kcal)?
Comendo todo o conteúdo (48g) do salgadinho, quantas calorias estamos consumindo?
O que significa mcg na tabela?
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Entalpia das Reações Químicas
Atividade Resolvida
Por regra de três simples, podemos determinar que:
multiplicando-se os meios pelos extremos, temos que:
1 kcal = 4,198 kJ
2)	Também, por regra de três simples, determinamos que:
para um consumo de 48 gramas, consumimos
222,72 kcal = 222.720 cal
3)	mcg significa microgramas, mas deveria ser representado por m.
116 kcal 487 kJ
 1 kcal x
correspondem a 
deve ser igual a 
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Entalpia das Reações Químicas
Quantas calorias gastamos?
Atividade Física
Gasto Calórico (kcal)
Alongamento
90
Andar de patins
196
Andar de bicicleta
126
Andar no mar com água nas canelas
140
Arrumar a cama
66
Assistir a televisão
41
Bater a tecla do computador
48
Beijar
30
Correr a 12 km/h
445
Dormir
30
Levar o cachorro para passear
150
Tabela baseada numa pessoa de 60 kg de massa corporal em atividades físicas cotidianas, num tempo de 30 minutos.
http://cyberdiet.terra.com.br/gasto-calorico-dos-exercicios-3-1-2-326.html, acesso em 19/06/2012.
Para saber sobre quantas calorias gastamos em outras atividades físicas, consulte o site:
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Como se mede o calor dos alimentos?
Normalmente, realiza-se a combustão dos alimentos em aparatos chamados de CALORÍMETROS.
Usamos a equação fundamental da calorimetria para calcular a quantidade de calor liberado nas combustões:
Q = m.c.t
Onde
Q = Calor liberado (em cal)
m = Massa dos reagentes (em g)
t = Variação da temperatura (em ºC)
c = Calor específico (em cal/g°C)
Substância
c (cal/g°C)
Água
1,0
Álcool
0,6
Alumínio
0,22
Ar
0,24
Restante da tabela disponível em http://fep.if.usp.br/~profis/experimentando/diurno/downloads/Tabela%20de%20Calor%20Especifico%20de%20Varias%20Substancias.pdf, acesso em 21/06/2012.
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Imagem : Harbor1/ GNU Free Documentation License
Construção de um Calorímetro
1. Termômetro
2. Arame (agitador)*
3. Tampa de isopor
4. Lata de refrigerante
5. Porta-mamadeira de isopor
Para visualizar a construção do calorímetro, você pode visitar
http://www.youtube.com/watch?v=GmTVu8tF9rA, acesso em 20/06/2012.
SUGESTÃO: Use um termômetro clínico digital
* Opcional
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Imagem : (a) BrokenSphere / GNU Free Documentation License; (b) Cane cane / Public Domain; (c) Biol/Public Domain; (d) Lion/ Public domain.
PROCEDIMENTO
inicialmente, coloque a água no calorímetro;
verifique a temperatura da água;
em seguida, acrescente a água oxigenada e 
depois a batata picada;
feche o calorímetro e verifique a nova temperatura de equilíbrio.
Calor de Decomposição da Água Oxigenada
MATERIAIS
½ batata inglesa picada;
20 mL de água;
100 mL de água oxigenada comercial (1 tubo);
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Imagem : Alex Khimich/Public Domain
Imagem : കാക്കര / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
9
A reação se processa a volume constante;
a equação química que representa a reação de decomposição da água oxigenada é:
2H2O2  2H2O + O2
a reação se processa liberando calor, ou seja, é exotérmica;
percebemos que houve liberação de calor pela elevação da temperatura, registrada no termômetro.
Para saber mais sobre o experimento, leia em
http://www.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc29/10-EEQ-6106.pdf, acesso em 21/06/2012.00
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Calor de Decomposição da Água Oxigenada
Entalpia (H)
É a medida da quantidade de calor liberada ou absorvida num sistema (substância, reação química, processo físico, etc.), a pressão constante;
representamos a entalpia pela letra H;
na prática, só conseguimos medir a variação da entalpia (H): 
 H = Hf – Hi 
Hf é a entalpia num estado final;
Hi é a entalpia num estado inicial.
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Entalpia das Reações Químicas
Para uma reação química, teremos:
Quando houver absorção de calor, teremos:
Quando houver liberação de calor, a equação é invertida:
REAGENTES  PRODUTOS
Estado Inicial
Estado Final
A  B
H = HP – HR
HR = Entalpia dos reagentes
HP = Entalpia dos produtos
A + calor  B
B  A + calor
Os processos endotérmicos e exotérmicos são opostos!
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Fique Atento!
O calor é uma forma de energia;
assim, usaremos as seguintes unidades de calor na Termoquímica:
da mesma forma que utilizamos nos alimentos.
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Entalpia das Reações Químicas
Imagem : Daniel Case/GNU Free Documentation License
Imagem : user:Fourohfour / Public Domain 
1 cal = 4,18 J
1 kcal = 1000 cal
1 kJ = 1000 J
Termoquímica
É a parte da termodinâmica que estuda as trocas de calor durante as transformações, sejam elas químicas ou físicas;
como vimos, os processos podem ocorrer por absorção de energia ou por liberação de energia.
Para a água ferver, é necessário fornecimento de calor.
A chama da vela libera calor ao ambiente.
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Entalpia das Reações Químicas
Imagens : (a) GRAN / GNU Free Documentation License; (b) Paolo Costa Baldi / GFDL/CC-BY-SA 3.0"
Reações Endotérmicas
 REAGENTE + calor  PRODUTO 
ΔH = HP - HR
O sinal positivo de ΔH indica que houve absorção de energia durante o processo. 
Como a entalpia dos reagentes é menor, para ocorrer a reação, é necessário...
Como HP > HR
Então, ΔH > 0
REAGENTE
PRODUTO
A
B
ENTALPIA
CAMINHO DA REAÇÃO
A  B
...absorção de calor
HR
HP
+ calor
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
REAGENTE  PRODUTO + calor
HP
HR
Como a entalpia dos reagentes é maior, sempre que ocorrer a reação, acontecerá...
O sinal negativo de ΔH indica que houve liberação de energia durante o processo. 
REAGENTE
PRODUTO
A
B
ENTALPIA
CAMINHO DA REAÇÃO
B  A
...liberação de calor
ΔH = HP - HR
Como HR > HP
Então, ΔH < 0
+ calorQUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Reações Endotérmicas
Termoquímica no Cotidiano 1
No programa Mais Você, da Rede globo, Ana Maria Braga divulgou nacionalmente um processo endotérmico: 
Veja o vídeo da demonstração em
http://www.youtube.com/watch?v=OsY9IvFS8Mg, acesso em 21/06/2012.
A caneca possui estampa preta à temperatura ambiente.
Ao adicionarmos água morna, a caneca começa a revelar a imagem oculta.
Quando adicionamos água fria, a caneca volta a ficar preta!
Foto do Autor
Foto do Autor
Foto do Autor
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Entalpia das Reações Químicas
Coloque sabão em pó em uma de suas mãos.
Em seguida, acrescente água e esfregue as mãos.
Você deverá notar que sua mão esquentou.
Dessa vez, lave suas mãos com uma mistura de água e álcool 70% (vendido em farmácias).
Inicialmente, coloque a água e depois acrescente o álcool.
Suas mãos também esquentarão.
Sabão em pó nas mãos:
Lavando as mãos com álcool e água:
Os experimentos NÃO trazem risco algum!
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Entalpia das Reações Químicas
Termoquímica no Cotidiano 2
Imagem : Bukk/Public Domain
Imagem : Diane A. Reid, Photographe/United States Public Domain
Quais as explicações?
Caneca que muda de cor:
podemos representar o processo por:
CANECA ESCURA + calor  CANECA BRANCA;
ao adicionarmos água morna, estamos fornecendo calor à caneca escura (ela absorve energia)  temos um processo endotérmico;
Lavando as mãos:
tanto para o sabão em pó quanto para o álcool, suas misturas com a água liberam calor  temos um processo exotérmico;
ao ocorrer a dissolução do sabão (ou do álcool) na água, o processo libera energia ao ambiente (nossas mãos sentem o aquecimento).
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Entalpia das Reações Químicas
Variação de Entalpia nas Mudanças de Estados Físicos
Sólido
Líquido
Gasoso
As moléculas movimentam- -se rapidamente
Possuem alta energia
As moléculas estão muito próximas, dificultando seus movimentos
Possuem baixa energia
Possuem energia intermediária
Sentido endotérmico das mudanças de estados
H2O (s)  H2O (l)
H2O (l)  H2O (g)
FUSÃO
VAPORIZAÇÃO
Sentido exotérmico das mudanças de estados
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Imagem : Luis Javier Rodriguez Lopez/ GNU Free Documentation License
Estado Padrão
Estado padrão de uma substância corresponde ao seu estado físico e alotrópico mais estável nas condições ambientes (25 °C e 1 atm);
 Entalpia Padrão (H°)
é a entalpia de uma substância no seu estado padrão;
por convenção, toda substância simples no estado padrão possui entalpia igual a zero.
H° (Substância simples) = 0
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Equação Termoquímica
Para a equação de decomposição da água oxigenada, temos:
para escrevermos uma equação termoquímica, deveremos:
balancear a equação;
indicar os estados físicos;
revelar o ΔH da reação.
H2O2  H2O + O2
2
2
1
(aq)
(l)
(g)
ΔH = - 196 kJ/mol
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Entalpia das Reações Químicas
Entalpia de Formação
calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples, no estado padrão (com H° = 0).
1 H2(g) + 1/2 O2 (g)  1 H2O (l) ΔH = -286 kJ/mol
dessa forma, uma tabela de entalpias-padrão de formação pode ser construída;
como nem todas as equações químicas possuem seus valores de ΔH determinados, usamos:
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Entalpia das Reações Químicas
Entalpia-padrão de formação de algumas substâncias no estado padrão (25 °C e 1 atm)
Substância
Fórmula/Estado Físico
ΔHf° (kJ/mol)
Gás carbônico
CO2(g)
-394
Gás acetileno
C2H2(g)
+227
Etanol
C2H5OH(l)
-278
Água
H2O(l)
-286
Cloreto de hidrogênio
HCl(g)
-92,5
Peróxido de hidrogênio
H2O2(l)
-188
Cloreto desódio
NaCl(s)
-413
Amônia
NH3(g)
-46
Ácido acético
CH3COOH(l)
-487
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Entalpia das Reações Químicas
Cálculo da entalpia de decomposição da água oxigenada
No nosso calorímetro, verificamos que a temperatura aumentou com a decomposição da água oxigenada. Como podemos prever o valor da entalpia?
Usando as informações sobre as entalpias de formação da tabela anterior e sabendo que
2 H2O2  2 H2O + O2
H = [2 . (-286) + 1 . 0] – [ 2 . (-188)] = -572 + 376 = - 196 kJ/mol 
e
Então...
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Entalpia das Reações Químicas
Entalpia das Reações Químicas
Entalpia de Combustão
é a energia liberada na combustão completa de 1 mol de uma substância no estado padrão;
as reações de combustão são aquelas em que um combustível reage com o gás oxigênio (comburente);
todas as reações de combustão possuem entalpia negativa (ΔH < 0);
a variação de entalpia na combustão pode ser chamada de entalpia de combustão, ΔH de combustão, calor de combustão ou entalpia-padrão de combustão.
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Atenção!
A reação entre os gases N2 e O2 do ar, provocada pela passagem de raios durante tempestades na atmosfera, não deve ser classificada como combustão, uma vez que o processo absorve energia:
N2(g) + O2(g)  2NO(g) ΔH = +180 kJ/mol
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Imagem : Thomas Dwyer / Creative 
Commons Attribution 2.0 Generic.
Energia de Ligação
é a energia absorvida na quebra de 1 mol de ligações, no estado gasoso, a 25 °C e 1 atm;
nos Reagentes acontecem quebras de ligações  assim, o processo é ENDOTÉRMICO  ou seja, ΔH > 0;
nos Produtos acontecem formações de ligações  então, o processo é EXOTÉRMICO  ou seja, ΔH < 0;
para determinar a variação de entalpia da reação, somamos todas as entalpias das ligações (quebradas e formadas):
Somatório de todas as energias de ligações, observando-se os sinais.
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Entalpia das Reações Químicas
Aplicação no Vestibular
(UPE 2005/Química 1) A energia de ligação (H – N) em kJ/mol é igual a...
Dados: 3H2(g) + N2(g) → 2 NH3(g), ΔH = - 78 kJ/mol.
Energiade
ligação
H – H
432kJ/mol
N≡N
942kJ/mol
Inicialmente, reescrevemos a equação química detalhando as ligações...
3
2
432
942
y
3 ligações H – H  3 x (+ 432)
1 ligação N  N  1 x (+ 942)
6 ligações N – H  6 x y
+
Reagentes  ΔH > 0 
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Cálculo da Entalpia da Ligação N – H
Como as ligações N – H são formadas (produtos), esperamos que as mesmas sejam negativas;
utilizando HREAÇÃO =HLIGAÇÃO, temos:
-78 = 3 . 432 + 1 . 942 + 6 . y 
-78 = 1296 + 942 + 6y 
6y = -78 – 2238
6y = -2316 
 y = -386 kJ/mol
A ligação N – H é negativa, como era de se esperar.
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
M  C
D + B M + K
A + K D
Leis de Hess
A variação de entalpia (H) de uma reação é sempre a mesma, independentemente do número de etapas em que tenha que ocorrer.
A + B  C
D  A + K
D + B M + K
M  C
Deveremos calcular o H da equação 
H = ?
H1
H2
H3
A partir das equações...
Que deverão ficar...
-H1
H2
H3
A
B
+

C
+
H = – H1 + H2 + H3
Somamos as equações...
Obtemos:
E a entalpia é calculada como
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Entalpia das Reações Químicas
Aplicação no Vestibular
(Covest 2000) A partir das entalpias padrão das reações de oxidação do ferro dadas abaixo,
Fe(s) + ½ O2(g)  FeO(s); ΔH° = – 64 kcal /mol
2 Fe (s) + 3/2 O2 (g)  Fe2O3 (s); ΔH° = – 196 kcal/mol
	determine a quantidade de calor liberada a 298 K e 1 atm na reação:
2 FeO (s) + ½ O2 (g)  Fe2O3 (s)
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Aplicação no Vestibular
Fe(s) + ½ O2 (g)  FeO (s)
2 Fe (s) + 3/2 O2 (g)  Fe2O3 (s)
Deveremos calcular o H da equação 
2 FeO (s) + ½ O2 (g)  Fe2O3 (s)
A partir das equações...
Que deverão ficar...
Somamos as equações...Obtemos:
E a entalpia é calculada como
2 FeO(s)  2 Fe(s) + 1 O2(g)
2 Fe (s) + 1,5 O2 (g)  Fe2O3(s)
x (-2)
ΔH° = – 196
ΔH° = + 128
+
2 FeO (s)
½ O2 (g)
 Fe2O3 (s)
+
ΔH = - 196 + 128 = -68 kcal/mol 
RESOLUÇÃO
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Entalpia das Reações Químicas
Quem foi Hess?
Germain Henry Hess (Genebra, 1802 – S. Petersbugo, 1850): químico e médico suíço que formulou um dos princípios da Termoquímica, hoje conhecido como Lei de Hess. Foi autor de um livro didático sobre Química que foi uma obra padrão russa durante várias décadas.
1822 – Começou a estudar medicina na Universidade de Tartu (Estônia).
1825 – Tornou-se médico.
1830 – Tornou-se professor do Instituto Tecnológico em São Petersburgo.
1840 – Publicação da Lei de Hess.
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Imagem : Autor desconhecido/Disponibilizado por Astrochemist/Domínio Público
Mais entalpia no cotidiano e no Youtube...
Verificamos uma aplicação interessante da termoquímica nos carrinhos da Hot Wheels Color Shifters em
http://www.youtube.com/watch?v=8AKe_ucebUk
Que tal dar uma compressa sem ter que esperar a água esquentar ou virar gelo? Veja a bolsa térmica instantânea em
http://www.youtube.com/watch?v=6tSVWzjpXik
A mudança de cor dos carrinhos ilustra o fenômeno de termocromismo.
Uma reação química libera tanto calor, que aquece a bolsa.
Ou absorve tanto calor do ambiente, que congela a bolsa instantaneamente.
QUÍMICA, 2º Ano do Ensino Médio
Entalpia das Reações Químicas
Imagem : Joost J. Bakke / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica.
Imagem : Guaoguao / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
Tabela de Imagens
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Data do Acesso
 
 
 
 
2A
Henrique Dante de Almeida / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rice_and_beans,_Hotel_in_Itatiaia.jpeg?uselang=pt-br
24/08/2012
2B
Miansari66 / Domínio Público
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:French_fries_(Potato_Chips).JPG?uselang=pt-br
24/08/2012
2C
Michael Dorausch / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.0 Genérica
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Double_Cheese_Cheeseburger.jpg?uselang=pt-br
24/08/2012
7
Harbor1 / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bombenkalorimeter_mit_bombe.jpg?uselang=pt-br
24/08/2012
8A
BrokenSphere / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rectangular_styrofoam_food_container.JPG
24/08/2012
8B
Cane cane / Public Domain
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lata_Coca_Cola.JPG
24/08/2012
8C
Biol / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Koortsthermometers-AFEC-0120-Lot240901%2BHartmann-0123-Lot3499.jpg
24/08/2012
8D
Lion / Public domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Calorimeter.jpg?uselang=pt-br
24/08/2012
9A
Alex Khimich / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydrogen_peroxyde_uk.jpg
24/08/2012
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9B
കാക്കര /Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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24/08/2012
13
SCEhardt / Public Domain
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24/08/2012
14A
GRAN / GNU Free Documentation License
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Paolo Costa Baldi / GNU Free Documentation License
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Bukk/Public Domain
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18B
Diane A. Reid, Photographe/United States Public Domain
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24/08/2012
20
Luis Javier Rodriguez Lopez/ GNU Free Documentation License
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24/08/2012
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Thomas Dwyer / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
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24/08/2012
34
Autor desconhecido/Disponibilizado por Astrochemist/Domínio Público
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24/08/2012