Termodinâmica e Entalpia

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TERMOQUÍMICA
NATUREZA DA ENERGIA
Energia cinética e energia potencial
Energia cinética é a energia do movimento.
Energia potencial é a energia que um objeto possui em virtude de sua posição. A energia potencial pode ser convertida em energia cinética. Por exemplo: um ciclista no topo de um morro.
Unidades de energia
A unidade SI para energia é o joule, J.
Algumas vezes utilizamos a caloria em vez do joule:
1 cal = 4,184 J (exatos)
Uma caloria nutricional:
1 cal = 1.000 cal = 1 kcal
Sistema e vizinhanças
Sistema: é a parte do universo na qual estamos interessados.
Vizinhança: é o resto do universo.
A transferência de energia: trabalho e calor
Força é uma tração ou uma compressão exercida em um objeto.
Trabalho é o produto da força aplicada em um objeto em uma distância.
Energia é o trabalho realizado para mover um objeto contra uma força.
Calor é a transferência de energia entre dois objetos.
Energia é a capacidade de realizar trabalho ou de transferir calor
A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Energia interna
Energia interna: é a soma de toda a energia cinética e potencial de um sistema.
Não se pode medir a energia interna absoluta.
A relação de U e calor e o trabalho
A energia não pode ser criada ou destruída.
A energia (sistema + vizinhança) é constante.
Toda energia transferida de um sistema deve ser transferida para as vizinhanças (e vice-versa).
A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
A partir da primeira lei da termodinâmica:
quando um sistema sofre qualquer mudança física ou química, a variação obtida em sua energia interna, U, é dada pelo calor adicionado ou liberado pelo sistema, q, mais o trabalho realizado pelo ou no sistema:
Processos Endotérmicos e Exotérmicos
Processos endotérmicos e exotérmicos
Endotérmico: absorve calor da vizinhança.
Exotérmico: transfere calor para a vizinhança.
Uma reação endotérmica mostra-se fria.
Uma reação exotérmica mostra-se quente.
exotérmico
endotérmico
Entalpia
As reações químicas podem absorver ou liberar calor.
No entanto, elas também podem provocar a realização de trabalho.
Por exemplo, quando um gás é produzido, ele pode ser utilizado para empurrar um pistão, realizando, assim, trabalho.
Zn(s) + 2H+(aq)  Zn2+(aq) + H2(g)
O trabalho realizado pela reação acima é denominado trabalho de pressão-volume. 
w = P.dV
Entalpia, H: é o calor transferido entre o sistema e a vizinhança realizado sob pressão constante.
Quando H é positivo, o sistema ganha calor da vizinhança.
Quando H é negativo, o sistema libera calor para a vizinhança.
I. A entalpia é uma propriedade extensiva (a ordem de grandeza do H é diretamente proporcional à quantidade):
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(l)	H = -890 kJ
2CH4(g) + 4O2(g)  2CO2(g) + 4H2O(g) H = 1780 kJ
II. Quando invertemos uma reação, alteramos o sinal do H:
CO2(g) + 2H2O(l)  CH4(g) + 2O2(g)	H = +890 kJ
III. A variação na entalpia depende do estado:
H2O(g)  H2O(l)	H = -88 kJ
Exercícios
Em um conversor catalítico, usado em veículos automotores em seu cano de escape para redução da poluição atmosférica, ocorrem várias reações químicas, sendo que uma das mais importantes é:
1 CO(g) + ½ O2(g) → 1 CO2(g)
Sabendo-se que as entalpias das reações citadas abaixo são:
C(grafita) + ½ O2(g) → CO(g) ∆H1 = -26,4 kcal
C(grafita) + O2(g) → CO2(g) ∆H2 = -94,1 kcal
Qual a variação de entalpia da reação inicial?
Um passo do processo de produção de ferro metálico, Fe(s), é a redução do óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO).
FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g) ∆H = x
Utilizando as equações termoquímicas abaixo e baseando-se na Lei de Hess, indique o valor mais próximo de “x”:
Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) ∆H = -25 kJ
3 FeO(s) + CO2(g) → Fe3O4(s) + CO(g) ∆H = -36 kJ
2 Fe3O4(s) + CO2(g) → 3 Fe2O3(s) + CO(g) ∆H = +47 kJ
Dadas as seguintes equações termoquímicas:
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(ℓ) ∆H = -571,5 kJ
N2O5(g) + H2O(ℓ) → 2 HNO3(ℓ) ∆H = -76,6 kJ
½ N2(g) + 3/2 O2(g) + ½ H2(g) → HNO3(ℓ) ∆H = -174,1 kJ
Baseado nessas equações, determine variação de entalpia da formação de 2 mols de N2O5(g) a partir de 2 mols de N2(g) e 5 mols de O2(g).
Fuvest-SP) O “besouro bombardeiro” espanta seus predadores expelindo uma solução quente. Quando ameaçado, em seu organismo ocorre a mistura de soluções aquosas de hidroquinona, peróxido de hidrogênio e enzimas, que promovem uma reação exotérmica, representada por: 
C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H2O(l)
O calor envolvido nessa transformação pode ser calculado, considerando-se os processos: 
C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g)           ΔH = +177 kJ . mol-1
H2O(l) + ½ O2(g) → H2O2(aq)           ΔH = +95 kJ . mol-1
H2O(l) → ½ O2(g) + H2(g)           ΔH = +286 kJ . mol-1
Assim sendo, o calor envolvido na reação que ocorre no organismo do besouro é?
Dadas as equações:
Fe2O3(s) + 3 C(grafite) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g)      ΔH0 = +489 kJ
FeO(s) + C(grafite) → Fe(s) + CO(g)      ΔH0 = +155,9 kJ
C(grafite) + O2(g) → CO2(g)      ΔH0 = -393 kJ
CO(g) + ½ O2(g)→ CO2(g)      ΔH0 = -282,69 kJ
Calcule o valor de ΔH0 para a reação:
Fe(s) + ½ O2(g)→ FeO(s)
CALORIMETRIA