Termoquímica
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Termoquímica


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Termoquímica

A termoquímica é a parte da termodinâmica que estuda a relação entre o calor e as reações químicas. A termoquímica é um campo de estudo muito importante, pois auxilia a determinar se uma reação em particular ocorrerá e se liberará ou absorverá a energia à medida em que ela ocorre. Com as ferramentas da termoquímica, também é possível calcular quanta energia uma reação liberará ou absorverá e essa informação poderá ser aplicada para determinar se é economicamente viável usar um processo químico em específico. Vale ainda lembrar que a termoquímica, no entanto, não prevê a rapidez com que uma reação ocorrerá.


A termoquímica e as reações químicas

O termo energia é amplamente empregado em termoquímica. Ao contrário da matéria, a energia é conhecida por seus efeitos. É muito comum definir a energia como a capacidade de realizar um trabalho. Todas as formas de energia são capazes de realizar trabalho. Os químicos, comumente, definem trabalho como a mudança de energia produzida por um processo. Vale ainda lembrar que todas as formas de energia podem ser convertidas umas nas outras. Além disso, a energia não pode ser criada ou destruída. Quando uma forma de energia desaparece, obrigatoriamente, uma outra energia, da mesma magnitude, aparece. Este princípio é resumido na lei de conservação de energia, deste modo, podemos afirmar que a energia total do universo permanece constante.

Como já discutimos, a termoquímica é o estudo das mudanças de energia (calor) que acompanham as reações químicas e físicas, emergindo como uma aplicação da termodinâmica à química. Neste contexto, surge uma importante função de estado dentro da termoquímica, a Entalpia (H) . Entalpia, por convenção, foi definida como a quantidade de energia térmica de uma substância. As reações onde a variação da entalpia é positiva (ΔH>0), ou seja o calor é absorvido na reação, são chamadas reações endotérmicas, enquanto aquelas cuja variação de entalpia é negativa (ΔH<0), o calor é dado pelo sistema durante a reação, são chamadas de reações exotérmicas. Se a reação endotérmica ocorre em um sistema com paredes adiabáticas, como consequência da reação, ocorre uma diminuição na temperatura do sistema. Se a reação é exotérmica e é realizada em um recipiente com paredes adiabáticas, a temperatura final do sistema aumenta. Se as paredes do sistema são diatérmicas, a temperatura do sistema permanece constante, independentemente da transferência de energia que ocorre devido à mudança na composição. Do ponto de vista mais prático, podemos dizer que em uma reação química:


  • Se a entalpia dos produtos for menor que a dos reagentes, o calor é liberado e dizemos que é uma reação exotérmica;
  • Se a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes, o calor é retirado do meio e dizemos que é uma reação endotérmica.



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Variação de entalpia para reações endotérmicas e exotérmicas


A lei de Hess

A lei de Hess pode ser obtida diretamente da lei de conservação de energia. Já sabemos que a entalpia é uma função de estado, deste modo, podemos dizer que a variação na entalpia entre produtos e os reagentes em um sistema químico é totalmente independente do caminho percorrido desde o estado inicial até o final do sistema. Assim, a lei de Hess tem grande aplicabilidade para determinar a energia global necessária para uma reação química qualquer, especialmente em casos em que a reação pode ser dividida em várias etapas intermediárias que possuem dados termodinâmicos já conhecidos.



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Germain Henry Hess, formulou a lei de Hess

As equações químicas podem ser manipuladas, através de princípios de álgebra, para obter uma

equação final (global) desejada. Quando equações são adicionadas ou subtraídas, fazemos o mesmo procedimento com relação à entalpia. E quando as equações são multiplicadas por uma constante, as mudanças de entalpia também devem ser multiplicadas por essa constante.

Por exemplo, como estimar a entalpia de formação de CO partindo-se de CO2 e carbono (C) como reagentes? Essa reação pode ser escrita como:


CO2(g)+C(s)2CO2(g)


A variação de entalpia pode ser determinada aplicando as equações abaixo:


alignedamp;2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔH =221kJamp;C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH =393kJ


Observe que não podemos somar essas equações, pois o CO2 não seria um reagente, conforme pede o enunciado do exercício. Então, vamos inverter uma equação para atingir a reação global desejada. Note que o sinal da variação de entalpia também muda. Assim, temos:


alignedamp;2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔH =221kJamp;CO2(g)C(s)+O2(g)ΔH =+393kJ


Somando essas duas reações, obtemos a reação global desejada. A entalpia também será a soma das entalpias de cada reação somada. Assim:


CO2(g)+C(s)2CO2(g)ΔH =+172kJ