aula 13 Termoquímica[1]

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TERMOQUÍMICA 
Profa. Dra. Bárbara Carine Soares Pinheiro 
DEFINIÇÃO 
 Termoquímica é o ramo da química que 
estuda a energia associada a uma 
reação química. 
 O calor de Reação é o calor 'liberado' ou 
'absorvido' por uma reação e pode ser 
medido em joules ou calorias 
 A unidade aceita pelo SI é o Joule. 
 
 A termodinâmica química está relacionada com a 
pergunta: uma reação pode ocorrer? 
 Qualquer processo que ocorra sem intervenção externa 
é espontâneo. 
 Quando dois ovos caem no chão, eles se quebram 
espontaneamente. 
 A reação inversa não é espontânea. 
 Podemos concluir que um processo espontâneo tem um 
sentido. 
PROCESSOS ESPONTÂNEOS 
 
 Um processo que é espontâneo em um sentido não é 
espontâneo no sentido contrário. 
 O sentido de um processo espontâneo pode depender 
da temperatura: gelo se transformando em água é 
espontâneo a T > 0C, água se transformado em gelo é 
espontâneo a T < 0C. 
 
 Processos reversíveis e irreversíveis 
 Um processo reversível é o que pode ir e voltar entre 
estados pela mesma trajetória. 
PROCESSOS ESPONTÂNEOS 
NATUREZA DA ENERGIA 
Energia é a capacidade de realizar 
trabalho e de transferir calor. 
Energia Cinética: a energia do movimento, 
sua magnitude depende da massa e da 
velocidade do objeto. 
Energia Potencial: é a forma de energia 
que se encontra armazenada em um 
sistema e que pode ser utilizada a 
qualquer momento para realizar 
trabalho. 
 
NATUREZA DA ENERGIA 
Energia química: Energia potencial 
acumulada nos arranjos dos átomos das 
substâncias. 
 
Unidades de medida: Joule(J) e 
Caloria(cal), sendo 1 cal = 4,184 J. 
 
PRIMEIRA LEI DA 
TERMODINÂMICA 
 A primeira lei da termodinâmica é a lei 
de conservação da energia, a energia 
não pode ser criada nem destruída. 
 
∆U = Q + W 
 
Entropia 
• A entropia, S, é uma medida da desordem de um sistema. 
• Em qualquer processo espontâneo, a entropia do universo 
aumenta. 
• Suniv = Ssis + Sviz: a variação de entropia do universo é a soma 
da variação de entropia do sistema e a variação de entropia da 
vizinhança 
• As reações espontâneas seguem no sentido da diminuição de 
energia ou do aumento da entropia. 
• No gelo, as moléculas são muito bem ordenadas por causa das 
ligações H. 
• Portanto, o gelo tem uma entropia baixa. 
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 
Entropia 
• À medida que o gelo derrete, quebram-se as forças 
intermoleculares (requer energia), mas a ordem é 
interrompida (então a entropia aumenta). 
• A água é mais desorganizada do que o gelo, então o gelo 
derrete espontaneamente à temperatura ambiente. 
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 
ENTALPIA 
 É o total de energia liberada ou 
absorvida em uma transformação de 
um dado sistema, à pressão constante. 
 
 As transformações termoquímicas 
podem ser: 
 
 
 
ENTALPIA 
 Exotérmica Endotérmica 
 
ENTALPIA 
 
*Fatores que influenciam o valor de ΔH 
 
- Quantidade de reagente e produtos, 
quanto maior a quantidade, maior a 
energia liberada ou absorvida; 
- Estado físicos, Hsólido < Hlíquido < Hgás; 
- Temperatura e pressão; 
- Forma alotrópica. 
 
ENTALPIA DE MUDANÇA DE 
FASE 
ENTALPIA DE REAÇÃO 
 Como vimos em reações exotérmicas e 
endotérmicas há uma troca de calor entre o 
sistema reativo e o meio ambiente. 
 A quantidade de fluxo de calor está 
relacionada com o conteúdo térmico dos 
reagente e produtos. 
 Quando o sistema sofre uma transformação há 
uma variação de entalpia correspondente à 
diferença de conteúdo energético entre os 
reagentes e produtos. 
 
ENTALPIA DE REAÇÃO 
ΔH = H final – H inicial 
ΔH > 0 Reações Endotérmicas 
ΔH < 0 Reações Exotérmicas 
 
LEI DE HESS 
 Enunciada em 1840, a lei de Hess 
permite o cálculo da variação da 
entalpia de uma reação que ocorre em 
várias etapas. 
 
 
LEI DE HESS 
 A Lei de Hess nos permite, então, 
concluir que o ΔH da reação global pode 
ser obtido pela soma do ΔH das 
reações, que correspondem às etapas 
intermediárias, ou seja: 
 
ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ... 
 
LEI DE HESS 
 A lei de Hess nos permite tratar equações 
químicas como equações matemáticas. 
 Devemos lembrar que o ΔH depende das 
quantidades de reagentes e produtos, assim 
ao multiplicar ou dividir os coeficientes de 
uma equação devemos fazer o mesmo com o 
ΔH da reação. 
 Se em um sentido a reação é exotérmica, no 
sentido oposto é endotérmica, e vice-versa. 
Então, ao se inverter uma equação, devemos 
inverter o sinal do ΔH. 
 
LEI DE HESS 
Δ(reagentes) 
(reagentes) 
 
 
ENTALPIA DE LIGAÇÃO 
 É a energia necessária para romper uma 
ligação química. 
 
 Através da entalpia de ligação podemos 
estabelecer a energia química de uma 
molécula. 
ENTALPIA DE LIGAÇÃO 
 Qual a variação de entalpia da reação a seguir? 
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 
 
Entalpias de Ligação 
C-H + 413,4 KJ/mol 
O=O + 468,6 KJ/mol 
C=O + 804,3 KJ/mol 
H-O + 463,5 KJ/mol 
Entalpia de Formação 
 É a variação da entalpia da reação de 
formação de um mol de um composto a 
partir de seus constituintes elementares 
na sua forma mais abundante, ou seja, 
é a energia liberada ou absorvida pela 
reação de formação de compostos. 
 
 
• Para uma reação espontânea, a entropia do universo deve 
aumentar. 
• As reações com valores de H grandes e negativos são 
espontâneas. 
 
• A energia livre de Gibbs, G, de um estado é: 
 
• Para um processo que ocorre a uma temperatura constante: 
 
 
TSHG 
STHG 
ENERGIA LIVRE DE GIBBS 
 
• Existem três condições importantes: 
– Se G < 0, então a reação direta é espontânea. 
– Se G = 0, então a reação está em equilíbrio. 
– Se G > 0, então a reação direta não é espontânea. 
Se G > 0, trabalho deve ser fornecido dos arredores 
para guiar a reação. 
ENERGIA LIVRE DE GIBBS 
ENERGIA LIVRE DE GIBBS 
 
• Lembre-se que G e K (constante de equilíbrio) se aplicam às 
condições padrão. 
• Lembre-se que G e Q (quociente de equilíbrio) se aplicam a 
quaisquer condições. 
• É útil determinar se as substâncias reagirão sob quaisquer 
condições: 
QRTGG ln
ENERGIA LIVRE DE GIBBS