Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
IEQ 601 – Química Geral I TERMODINÂMICA DAS REAÇÕES QUÍMICAS Profa. Karen Segala Introdução As reações químicas são acompanhadas de ganho ou perda de energia. Termoquímica - estuda a energia associada a uma reação química (trocas de energia na forma de calor envolvidas nas reações químicas e mudanças de estado físico) Calor de Reação - calor 'liberado' ou 'absorvido' por uma reação e pode ser medido em joules ou calorias; A unidade aceita pelo SI é o Joule (J). Em outras palavras é o estudo das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durantes as reações químicas. A 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. Energia térmica: Energia cinética das moléculas das substâncias. Energia química: Energia potencial acumulada nos arranjos dos átomos das substâncias. CALORIA - quantidade de energia necessária para aumentar de 1 ºC a temperatura de 1 g de água. JOULE - quantidade de energia necessária para deslocar uma massa de 1 kg, inicialmente em repouso, fazendo percurso de 1 m / s. 1 cal = 4,18 J 1 kcal = 1000 cal 1 kJ = 1000 J Unidades de medida EFEITOS ENERGETICOS NAS REACÕES QUÍMICAS 6CO 2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 LUZ CLOROFILA GLICOSE Na fotossíntese ocorre absorção de calor Na combustão do etanol ocorre liberação de calor ETANOL C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O • REAÇÃO EXOTÉRMICA - envolve liberação de calor. Exemplo: processos de combustão, respiração, etc. • REAÇÃO ENDOTÉRMICA - envolve absorção de calor Exemplo: fotossíntese, cozimento dos alimentos. Classificação das reações termoquímicas As transformações termoquímicas podem ser: (aumento da temperatura) (diminuição da temperatura ) As transformações termoquímicas envolvendo mudanças de estado físico: Reações exotérmicas Reações endotérmicas combustão em motores de automóveis queima de carvão formação de nuvens derretimento de gelo Entalpia É o total de energia liberada ou absorvida em uma transformação de um dado sistema, à pressão constante. ENTALPIA (enthalpein, do grego = calor) e simbolizado por H (heat) - O conteúdo de energia armazenado, principalmente na forma de ligações. A origem da energia envolvida numa reação química decorre, basicamente, de um novo arranjo para as ligações químicas. Tipos de Entalpias ou Calores de Reação 1. Entalpia de Mudança de Fase 2. Entalpia ou Calor de Formação 3. Entalpia ou Calor de Decomposição 4. Entalpia de Combustão 5. Entalpia de Dissolução 6. Entalpia de Neutralização 7. Entalpia ou Energia de Ligação Indica a quantidade de calor envolvida em uma transformação. I. Variação de entalpia (∆H) (∆H) = Variação de entalpia Hreagentes = Entalpia dos reagentes (∆H) = Hprodutos - Hreagentes Hprodutos = Entalpia dos produtos H2(g) + 1/2O2 (g) H2O(l) LIBERA 68.300 cal/mol de H2O Essa energia envolvida na reação química está “armazenada” sob a forma de ligações. A ENERGIA ARMAZENADA É CHAMADA TAMBÉM DE ENTALPIA (H) H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H Reagentes H Produtos Atenção: HP ENTALPIA PRODUTO HR ENTALPIA REAGENTE H VARIAÇÃO DE ENTALPIA EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA Representação de uma reação química em que está especificado: 1. Equação química ajustada; 2. O estado físico de todas as substâncias; 3. Variedade alotrópica (quando existir); 4. Indicação da entalpia molar , isto é, por mol de produto formado ou reagente consumido; 5. Indicação das condições de pressão e temperatura em que foi medido o ∆H. Exemplo: ∆H° = - 342,8 kJ/mol Condição padrão: 25°C e 1 atm ∆H° Entalpia padrão: medida à 25°C e 1 atm. Toda substância simples, no estado padrão e na sua forma alotrópica mais estável (mais comum), tem entalpia (H) igual a zero. Ex: H2(g); O2(g); Fe(s); Hg(l); Cl2(g); Cgraf, no estado padrão apresentam H0 = 0. Entalpia de reação Nas 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 produtos – H reagentes ΔH > 0 Reações Endotérmicas ΔH < 0 Reações Exotérmicas HP HR A + B + C + D Hp Hr > REAÇÃO ENDOTÉRMICA CAMINHO DA REAÇÃO ∆H CALOR ABSORVIDO E N TA LP IA ( H ) II. Diagrama de entalpia Processo endotérmico HR HP A + B C + D + HR HP > REAÇÃO EXOTÉRMICA CAMINHO DA REAÇÃO ∆H CALOR LIBERADO E N TA LP IA ( H ) II. Diagrama de entalpia Processo exotérmico Reação endotérmica I. Variação de entalpia (∆H) Reação exotérmica CALOR DE REAÇÃO (∆H) ∆H = H Produtos – H Reagentes Reação Exotérmica Reação Endotérmica O calor liberado é igual a: O calor absorvido é igual a: ∆H = H Produtos – H Reagentes H Produtos < H Reagentes ∆H < 0 (NEGATIVO) T ∆H = H Produtos – H Reagentes H Produtos >H Reagentes ∆H > 0 (POSITIVO) T REAÇÃO EXOTÉRMICA 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) H= – 20,2 kcal 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) + 20,2 kcal (libera) REAÇÃO ENDOTÉRMICA Fe 3 O 4(s) 3Fe (s) + 2 O 2(g) H= + 267,0 kcal Fe 3 O 4(s) 3Fe (s) + 2 O 2(g) - 267,0 kcal (absorve) - Quantidade de reagentes III. Principais fatores que afetam o ∆H de uma reação - Estado físico das substâncias Fatores que influenciam o valor de ΔH: - Quantidade de reagente e produtos, quanto maior a quantidade, maior a energia liberada ou absorvida; - Estados físicos, Hsólido < Hlíquido < Hgás; - Temperatura e pressão; - Forma alotrópica. As moléculas de água que se encontram no estado sólido apresentam um menor conteúdo energético que as moléculas que estão nos estados líquido e gasoso. III. Principais fatores que afetam o H de uma reação Estado físico das substâncias Estado alotrópico Quanto menor o conteúdo energético, maior é a estabilidade do composto. O carbono grafite é mais estável que o carbono diamante. O fósforo vermelho é mais estável que o fósforo branco. O enxofre rômbico é mais estável que o enxofre monoclínico III. Principais fatores que afetam o H de uma reação Formas alotrópicas estáveis Formas alotrópicas menos estáveis O2 (oxigênio) O3 (ozônio) C (grafite) C (diamante) P4 (Fósforo vermelho) Ps (Fósforo branco) S8 (Rômbico) S8 (Monoclínico) Exemplo: C (grafite) + O2 CO2 ∆H = - 94,05 kcal / mol C (diamante)+ O2 CO2 ∆H = - 94,55 kcal / mol ALOTROPIA: só ocorre com substâncias simples. CARBONO GRAFITE CARBONO DIAMANTE ENXEFRE RÔMBICO ENXOFRE MONOCLÍNICO FÓSFORO BRANCO FÓSFORO VERMELHO O2 O3(OZÔNIO) Temperatura Ao variar a temperatura, variam a agitação das moléculas e a entalpia dos envolvidos na reação. III. Principais fatores que afetam o H de uma reação 60 ºC IV. Entalpias 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. ΔH = Σ ΔHf (produtos) – Σ ΔHf (reagentes) Substâncias simples em suas formas alotrópicas mais estáveis possuem entalpia de formação igual a zero. IV. Entalpias de Formação IV. Entalpia ou calor de formação (∆Hf) Substância H° (kJ/mol) Substância H° (kJ/mol) C (grafite) 0,0 N2O (g) +81,6 C (diamante) +1,9 N2O3 (g) +86,6 C4H10 (g) (butano) –125,7 S (monoclínico) +0,3 C6H6 (l) (benzeno) +49,1 SO3 (g) –395,7 C2H6O (l) (etanol) –277,6 Fe3O4 (s) –1.118,4 C3H6O (l) (acetona) –248,4 É a variação de entalpia associada à combustão (queima) de 1 mol de substância a 25 oC e 1 atm com excesso de oxigênio. ∆H de combustão: 1 mol da substância que sofre combustão; negativo, pois as reações de combustão são exotérmicas. V. Entalpia ou calor de combustão Como medir o ∆H ?? 1. Experimentalmente : Calorímetros Bombas Calorimétricas 2. Algebricamente (Cálculo de ∆H) – LEI DE HESS Calorimetria - É a medição do fluxo de calor. - O aparelho utilizado para medir o fluxo chama-se calorímetro. - Capacidade calorífica (ou térmica): quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma substância em 1 K (1 °C). A unidade usada no SI é J/K. Calorimetria • Calor específico: corresponde à quantidade de calor recebida ou cedida por 1 g da substância que leva a uma variação de 1 K (1 °C) •(Q = m.c.∆θ) • Lei de Hess Enunciada em 1840, a lei de Hess permite o cálculo da variação da entalpia de uma reação, mesmo que seja difícil a sua determinação. 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 A variação da entalpia de uma reação depende apenas dos resultados final e inicial, seja a reação executada em uma única etapa ou em várias etapas. 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. O ∆H da reação depende apenas dos estados inicial e final. Lei de Hess Lei de Hess
Compartilhar