aula 7 cap 5

Prévia do material em texto

Capítulo 5Capítulo 5
TermoquímicaTermoquímica
QUÍMICAQUÍMICA
A Ciência Central A Ciência Central 
9ª Edição9ª Edição
1
TermoquímicaTermoquímica
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.
A natureza da energiaA natureza da energia
2
• A energia potencial eletrostática, Ed, é a atração entre duas 
partícula com cargas contrárias, Q1 e Q2, a uma distância d entre si. 
• Se as duas partículas têm cargas iguais, Ed será a repulsão 
eletrostática entre elas.
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)
A natureza da energiaA natureza da energia
3
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 natureza da energiaA natureza da energia
4
A natureza da energiaA natureza da energia
Classificação de sistema:
Um sistema aberto pode trocar matéria e energia;
Sistema fechado pode trocar apenas energia;
Sistema isolado não pode fazer troca com a vizinhança.
5
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 
A natureza da energiaA natureza da energia
6
• 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.
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 primeira lei da A primeira lei da 
termodinâmicatermodinâmica
7
A relação de ∆∆∆∆E a calor e a trabalho
• A energia não pode ser criada ou destruída.
• A energia (sistema + vizinhança) é constante.
• Toda energia transferida de um sistema deve ser chegar às 
A primeira lei da A primeira lei da 
termodinâmicatermodinâmica
8
vizinhanças (e vice-versa).
• A partir da primeira lei da termodinâmica:
quando um sistema sofre qualquer mudança física ou química, 
a variação obtida em sua energia interna, ∆E, é dada pelo 
calor adicionado ou liberado pelo sistema, q, mais o trabalho 
realizado pelo ou no sistema:
A primeira lei da A primeira lei da 
termodinâmicatermodinâmica
∆∆∆∆E = q + W
9
∆∆∆∆E = q + W
A primeira lei da A primeira lei da 
termodinâmicatermodinâmica
10
Processos endotérmicos e exotérmicos
• Endotérmico: absorve calor da vizinhança.
• Exotérmico: transfere calor para a vizinhança.
• Uma reação endotérmica mostra-se fria.
A primeira lei da A primeira lei da 
termodinâmicatermodinâmica
11
• Uma reação exotérmica mostra-se quente.
Funções de estado
• Função de estado: depende somente dos estados inicial e final do 
sistema, e não de como a energia interna é utilizada. (não depende 
do caminho como foi realizada a alteração).
A A primeiraprimeira lei da lei da 
termodinâmicatermodinâmica
12
A A primeiraprimeira lei da lei da 
termodinâmicatermodinâmica
Funções de estado
A energia interna é uma função de estado. (não depende do caminho 
como foi realizada a alteração).
13
• 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.
EntalpiaEntalpia
14
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. 
EntalpiaEntalpia
15
• Entalpia, H: é o calor transferido entre o sistema e a vizinhança 
realizado sob pressão constante.
• Entalpia é uma função de estado (não depende do caminho como 
foi realizada a alteração).
EntalpiaEntalpia
16
foi realizada a alteração).
• Quando ∆H é positivo, o sistema ganha calor da vizinhança.
• Quando ∆H é negativo, o sistema libera calor para a vizinhança.
EntalpiaEntalpia
17
A entalpia é uma propriedade extensiva (a ordem de grandeza do ∆H é 
diretamente proporcional à quantidade):
Entalpias de reaçãoEntalpias de reação
18
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
• Quando invertemos uma reação, alteramos o sinal do ∆H:
CO2(g) + 2H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) ∆H = +890 kJ
• A variação na entalpia depende do estado:
Entalpias de reaçãoEntalpias de reação
19
• A variação na entalpia depende do estado:
H2O(g) → H2O(l) ∆H = -88 kJ
Capacidade calorífica e calor específico
• Calorimetria = a medição do fluxo de calor.
• Calorímetro = o instrumento que mede o fluxo de calor.
• Capacidade calorífica = a quantidade de energia necessária para 
aumentar a temperatura de um objeto (em um grau).
CalorimetriaCalorimetria
20
aumentar a temperatura de um objeto (em um grau).
• Capacidade calorífica molar = a capacidade calorífica de 1 mol de 
uma substância.
• Calor específico = a capacidade calorífica específica = a 
capacidade de calor de 1 g de uma substância.
Calorimetria a pressão constante
CalorimetriaCalorimetria
21
• A reação é realizada a uma 
pressão constante da 
atmosfera.
• Utilize uma bomba 
Bomba calorimétrica 
(calorimetria de volume constante)
CalorimetriaCalorimetria
22
• Utilize uma bomba 
calorimétrica.
• Normalmente estuda a 
combustão.
Ex.5.8 pg 157
• A lei de Hess: se uma reação é executada em uma série de etapas, 
o ∆H para a reação será igual à soma das variações de entalpia para 
as etapas individuais.
• Por exemplo – combustão com formação de água no estado líquido
e no estado gasoso.
CH (g) + 2O (g) → CO (g) + 2H O(g) ∆H = -802 kJ
Lei de HessLei de Hess
23
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = -802 kJ
2H2O(g) → 2H2O(l) ∆H = -88 kJ
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ∆H = -890 kJ
Observe que:
∆H1 = ∆H2 + ∆H3
Lei de HessLei de Hess
24
Ex. 5.9 e 5.10 pg 160
• Se 1 mol de composto é formado a partir de seus elementos
constituintes, a variação de entalpia para a reação é denominada
entalpia de formação, ∆Hof .
• Condições padrão (estado padrão): 1 atm e 25 oC (298 K).
Entalpias de formaçãoEntalpias de formação
25
• Condições padrão (estado padrão): 1 atm e 25 oC (298 K).
• A entalpia padrão, ∆Ho, é a entalpia medida quando tudo está em
seu estado padrão.
• Entalpia padrão de formação: 1 mol de composto é formado a 
partir de substâncias em seus estados padrão.
• Se existe mais de um estado para uma substância sob condições 
padrão, o estado mais estável é utilizado.
• A entalpia padrão de formação da forma mais estável de um 
elemento é zero.
Entalpias de formaçãoEntalpias de formação
26
elemento é zero.
Entalpias de formaçãoEntalpias de formação
27
Utilização de entalpias de formação para 
o cálculo de entalpias de reação
• Utilizamos a lei de Hess para calcular as entalpias de uma reação a 
partir das entalpias de formação.
∆Hr0 = Σ n ∆Hf0 (prod) - Σ m ∆Hf0 (reag) 
EntalpiasEntalpias de de formaçãoformação
28
Alimentos
• Valor de combustão = a energia liberada quando 1 g de substância 
é queimada.
• 1 caloria nutricional, 1 cal = 1000 cal =1 kcal.
• A energia em nossos corpos vem de carboidratos e gorduras 
Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
29
• A energia em nossos corpos vem de carboidratos e gorduras 
(principalmente).
• Intestinos: carboidratos convertidos em glicose:
C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g)+ 6H2O(l), ∆H = -2803 kJ
• As gorduras se quebram como se segue:
2C57H110O6 (s) + 163O2 (s) → 114CO2 (s) + 110H2O(l), ∆H = -75520 kJ
• Gorduras: contêm mais energia; não são solúveis em água; portanto 
são boas para armazenagem de energia.
Combustíveis
• Em 2000 os Estados Unidos consumiram 1,03 × 1017 kJ de 
combustível.
• A maior parte da energia tem origem no petróleo e do gás natural.
• O restante a partir de carvão, usinas nucleares e hidroelétricas.
Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
30
• O restante a partir de carvão, usinas nucleares e hidroelétricas.
• Atualmente um campo de pesquisa extremamente ativo é a area de 
energias alternativas renovaveis.
Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
31