Entalpia

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A entalpia é a energia térmica envolvida em uma reação ou processo químico. Há cinco tipos de entalpia que podem ser calculados: formação, combustão, ligação, neutralização e dissolução. Esse cálculo do valor da variação de entalpia é importante para determinar se o processo é endotérmico ou exotérmico.
Leia mais: Elementos químicos – grupos de átomos com mesmo número de prótons no núcleo
O que é entalpia?
Entalpia é a energia térmica envolvida nos diferentes tipos de reações químicas, em que substâncias simples têm, por convenção, entalpia igual a zero. A variação da entalpia pode ser calculada pela subtração do valor de entalpia dos produtos pelo valor de entalpia dos reagentes, ou seja:
∆H = Hp – Hr
∆H → Variação de entalpia
Hp → Entalpia dos produtos
Hr → Entalpia dos reagentes
O resultado do cálculo de variação de entalpia determinará se estamos lidando com uma reação que libera ou absorve calor, como pode ser observado nos gráficos a seguir:
Gráficos de variação de entalpia para reação endotérmica e exotérmica, respectivamente.
Tipos de entalpia
· Entalpia de formação
É a variação de energia térmica envolvida na formação de um mol de uma substância qualquer, sendo ela formada com base em substâncias simples ou no estado fundamental, como no exemplo a seguir:
1/2H2 + O2 = H2O
→ Note que os reagentes são ambos substâncias simples, ou seja, têm entalpia igual a 0, e que o valor de entalpia da água (H2O) é predeterminado em laboratório, sendo, portanto, um dado fornecido, logo, o calculo da variação de entalpia fica da seguinte forma:
∆H = Hp – Hr
∆H = ( - 68,4 ) - (1/2.0 + 0)
∆H = -68,4 → Reação exotérmica
→ Perceba que temos um resultado menor que 0, isso significa que, nessa reação de formação de um mol de H2O, teremos liberação de energia.
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· Entalpia de combustão
É a variação aferida de calor para que haja a combustão de 1 mol de uma substância qualquer. Toda reação de combustão terá valor de variação de entalpia menor que zero, pois se trata de uma reação que libera calor.
· Exemplo
Reação e valor da variação de entalpia para a reação de combustão do etanol:
C2H6O(l) + 3.O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) ΔH = -326 Kcal/mol
A seguir, valores de entalpia de combustão para algumas substâncias comuns:
· Etanol gasoso (C2H6)= -372,8 Kcal/mol
· Benzeno líquido (C6H6) = -781,0 Kcal/mol
· Sacarose sólida ( C12 H22O 11) = -1348,9 Kcal/mol
· Entalpia de ligação
É a energia necessária para romper-se um mol de uma ligação química. A variação de energia nesse caso sempre resulta em um valor maior que 0, ou seja, a quebra de ligações demanda absorção de calor.
· Exemplo
CH4(g)+C(g)+4H(g) ΔH = +1.651,6 kJ/mol
C – H → C(g) + H(g) ΔH = +412,9 KJ/ mol
Cl – Cl → Cl(g) + Cl (g) ΔH = +242,0 KJ/mol
· Entalpia de neutralização
É a variação de energia em reações de neutralização, como a neutralização de ácido base:
Ácido + base = sal + água → exotérmica
Assim como nos demais casos de entalpia, para os valores de neutralização, deve-se considerar os cálculos para 1mol. Nesse caso, o valor final da variação de entalpia será, para a reação de neutralização, de 1 mol de H+ para 1 mol de OH-
Acesse também: Reação de neutralização total: como ocorre?
· Entalpia de dissolução
É a variação de energia térmica envolvida na dissolução de um mol de determinado soluto em uma quantidade “x” de água ou outro solvente qualquer, desde que haja solubilização completa e torne-se uma mistura homogênea.
· Exemplo
NaCl(s) + aq → Na+(aq) + Cl-(aq) ∆H = -0,9 Kcalmol
Na reação, podemos ver quimicamente a dissolução do hidróxido de sódio, popularmente conhecido como soda cáustica, em meio aquoso. Perceba que a reação tem uma variação de entalpia menor que zero, o que significa que há liberação de calor. Essa reação é comumente realizada na fabricação de sabão caseiro, processo que, quando não feito sob os devidos cuidados, pode resultar em acidente com queimaduras de até 3° grau.
Resumo:
· Entalpia: variação de energia térmica envolvida em uma reação química.
· Variação de entalpia final determina se a reação é exotérmica ou endotérmica: ΔH > 0 (endotérmica); ΔH < 0 (exotérmica).
· Tipos de entalpia: formação, combustão, ligação, neutralização e dissolução.
Acesse também: Como calcular a variação da entalpia por meio da lei de Hess?
Exercícios resolvidos
Questão 1 - (PUC - 2016) A entalpia de combustão do carbono, a 25 °C, é de 393,5KJ/mol. Considerando-se 1,0 kg de turfa — um tipo de carvão mineral que contém somente 60% de carbono —, em média, a energia liberada, em kJ, somente pela queima de carbono é de, aproximadamente:
a) 2000
b) 5000
c) 10 000
d) 15 000
e) 20 000
Dado: Massa molar do carbono: 12g/mol
Resolução
Alternativa E.
1° passo: Se para 1 Kg temos que 60% representam a massa do carbono, portanto, 60% de 1Kg = 600g de carbono.
2° passo: Calculamos agora quantos mols teremos em 600g de carbono. Sabendo que a massa molar do carbono é 12 g/mol, podemos estabelecer a seguinte relação:
12 g ----- 1 mol
600 g ------- x mol
x = 50 mol
3° passo: Estabelecendo-se agora uma relação de energia para cada mol de matéria em combustão:
393,5 KJ/mol ----------- 1 mol
x KJ/mol ---------------- 50 mol
x = 19675,0 (aproximadamente 20 000)
Questão 2 - (Unicamp - 2018) O livro O pequeno príncipe, de Antoine de Saint-Exupéry, uma das obras literárias mais traduzidas no mundo, traz ilustrações inspiradas na experiência do autor como aviador no norte da África. Uma delas, a figura (a), parece representar um chapéu ou um elefante engolido por uma jiboia, dependendo de quem a interpreta.
Para um químico, no entanto, essa figura pode assemelhar-se a um diagrama de entalpia, em função da coordenada da reação (figura b). Se a comparação for válida, a variação de entalpia dessa reação seria
a) praticamente nula, com a formação de dois produtos.
b) altamente exotérmica, com a formação de dois produtos.
c) altamente exotérmica, mas nada se poderia afirmar sobre a quantidade de espécies no produto.
d) praticamente nula, mas nada se poderia afirmar sobre a quantidade de espécies no produto.
Resolução
Alternativa D. Observando o gráfico da figura b, em que a linha de movimentação da variação de energia aponta que a energia no início e no fim da reação é igual, podemos deduzir que o ΔH (variação da entalpia) da reação será zero ou práticamente zero. No entanto, como não temos a equação da reação descrita, nada pode ser dito em relação a quantos produtos ou reagentes estão envolvidos.
As equações termoquímicas são representações das reações químicas ou de mudanças de estado físico que envolvem trocas de calor (variação de entalpia). No texto Equações Químicas, mostrou-se que as equações são usadas para representar dados qualitativos e quantitativos importantes das reações químicas.