05 - Termoquímica - folheto

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1ª e 2a Leis
TERMODINÂMICA
OVERVIEW
Termodinâmica
É o ramo da física que estuda as relações das transformações 
com a transferência de calor.
Termo = calor
Dinâmica = movimento, mudanças
Termodinâmica é a ciência 
que trata
• do calor e do trabalho
• das características dos sistemas e
• das propriedades dos fluidos termodinâmicos
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Termoquímica
• É o estudo termodinâmico das transformações 
químicas.
Energia química
• É a energia produzida através da diferença de 
energia entra produtos e reagentes num processo 
de combustão
Energia térmica
• Ocorre quando há trocas de energia entre sistemas, 
acompanhada de variação de temperatura
Calor
• É definido como a transferência de energia 
térmica entre corpos de temperatura diferentes. A 
energia flui do corpo mais quente para o mais frio.
Equilíbrio térmico
• É a transferência de energia de um corpo pra 
outro, quando eles estão em contato, até os dois 
atingirem um estado de mesma energia.
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Sadi Carnot
1796 - 1832
James Joule
1818 - 1889
Rudolf Clausius
1822 - 1888
Wiliam Thomson
Lord Kelvin
1824 - 1907
Emile Claupeyron
1799 - 1864
Alguns ilustres pesquisadores 
que construiram a termodinâmica
Nasceu em 
Salford - Inglaterra
James P. Joule
(1818-1889)
Contribuição de James Joule.
1839 Experimentos: 
trabalho mecânico, eletricidade e calor.
1840 Efeito Joule : Pot = RI2
1843 Equivalente mecânico do calor 
( 1 cal = 4,18 J)
1852 Efeito Joule-Thomson : decrescimo 
da temperatura de um gás em função da 
expansão sem realização de trabalho 
externo.
As contribuições de Joule e outros levaram 
ao surgimento de uma nova disciplina: 
a Termodinâmica
Lei da 
Conservação 
de 
Energia
1a Lei
da 
Termodinâmica
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• 1ª Lei: A energia interna do sistema isolado é 
constante.
• 2ª Lei: É impossível haver transferência 
espontânea de calor de um objeto frio para outro 
mais quente.
Unidade padrão de energia
• J (Joule) - é quantidade de energia cinética 
presente em um objeto de 2 kg que se move a 1 
m/s.
• cal (caloria) – é a quantidade de energia necessária 
para elevar em 1°C a temperatura de 1g de água.
1 cal = 4,184 J
1 Cal (alimento) = 1000 cal ou 1 kcal
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Calor específico (c)
• É a quantidade de calor necessária para variar em 
1° C a tempertatura de 1 g de um material.
• Sendo assim, a quantidade de calor necessária para 
variar a temperatura (∆T) de um corpo é 
proporcional ao seu calor específico (c) e à sua 
massa (m).
Q = m.c.∆T
Capacidade ou Poder calorífico (C)
• É o produto entre m e c, para um determinado 
corpo de massa fixa e valor específico conhecido. 
C = m.c
• Para este corpo, a quantidade de calor (Q) 
necessária para variar sua temperatura pode ser 
dada pela equação:
Q = C.∆T
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O PODER CALÓRICO DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS
A gasolina possui maior poder calorífico que o 
álcool. Para cada litro de gasolina queimado são 
produzidos aproximadamente 8000 
quilocalorias, enquanto para cada litro de álcool 
queimado, temos a produção de 
aproximadamente 5000 quilocalorias.
Veja a tabela de calorias de alguns combustíveis e 
alimentos, a seguir.
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ALIMENTO Kcal/g ALIMENTO kcal/g
Cerveja 0,3 Feijão 3,5
Leite 0,7 Arroz 3,6
 Peixe carne branca 0,8 Queijo prato 3,7
Batata 1,1 Carne de vaca 3,9
Ovos 1,6 Açúcar 3,9
Sorvete 1,7 Farinha de soja 4,3
Frango 2,3 Chocolate 5,2
Pão branco 2,3 Amendoim 5,6
Bife 2,7 Carne de porco 5,8
Milho 3,4 Manteiga 7,5
EFEITOS ENERGÉTICOS 
NAS REAÇÕES QUÍMICAS
6CO 2 + 6H2O →→→→ C6H12O6 + 6O2
LUZ
CLOROFILA
GLICOSE
Na fotossíntese ocorre absorção de calor
 C2H5OH + 3O2 →→→→ 2CO2 + 3H2O
Na combustão do etanol ocorre liberação de calor
ETANOL
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A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇAS
TÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS
* quando envolve liberação de calor, denomina-se
REAÇÃO EXOTÉRMICA.
* quando envolve absorção de calor, denomina-se
REAÇÃO ENDOTÉRMICA.
A + B →→→→ C + D + CALOR 
REAÇÃO EXOTÉRMICA
A + B + CALOR →→→→ C + D
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
{
{
HR
HR
HP
HP
{
{
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CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA
A + B →→→→ C + D { {
HR HP
HP ⇒⇒⇒⇒ ENTALPIA PRODUTO
HR ⇒⇒⇒⇒ ENTALPIA REAGENTE
∆∆∆∆H ⇒⇒⇒⇒ VARIAÇÃO DE ENTALPIA
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
Se HR <<<< HP ∆∆∆∆H > 0
Se HR > HP ∆∆∆∆H < 0
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
REAÇÃO EXOTÉRMICA
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REAÇÃO EXOTÉRMICA
2 C(s) + 3 H2(g) →→→→ C2H6(g) ∆∆∆∆ H = – 20,2 kcal
2 C(s) + 3 H2(g) →→→→ C2H6(g) + 20,2 kcal
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
Fe3O4(s) →→→→ 3 Fe(s) + 2 O2(g) H = + 267,0 kcal
Fe3O4(s) →→→→ 3 Fe(s) + 2 O2(g) 
∆∆∆∆
OBSERVE 
OS SINAIS
OBSERVE 
OS SINAIS
Fe3O4(s) →→→→ 3 Fe(s) + 2 O2(g) −−−− 267,0 kcal
++++ 267,0 kcal
OU
HR
HP
A + B →→→→ C + D +
HR HP>ENTÃO
HR HP= +
REAÇÃO EXOTÉRMICA
O SENTIDO DA SETA
SERÁ SEMPRE DO REAGENTE
PARA O PRODUTO
CAMINHO DA REAÇÃO
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HR
HP
HR HP>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆∆∆∆H < 0
REAÇÃO 
EXOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO
REAÇÃO EXOTÉRMICA
HP
HR
A + B + →→→→ C + D 
Hp Hr>ENTÃO
HrHp = +
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
O SENTIDO DA SETA
SERÁ SEMPRE DO REAGENTE
PARA O PRODUTO
CAMINHO DA REAÇÃO
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HP
HR
Hp Hr>Se
∆H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)
∆∆∆∆H > 0
REAÇÃO 
ENDOTÉRMICA
CAMINHO DA REAÇÃO
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
A + B →→→→ C + D + CALOR 
REAÇÃO EXOTÉRMICA
A + B + CALOR →→→→ C + D
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
Memorizando...
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MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
ENDOTÉRMICO
EXOTÉRMICO
EXPLICAÇÃO DAS MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
A fusão é quando ocorre a passagem do estado sólido para o 
líquido, para isso é necessário esquentar o material. 
A solidificação é quando acontece a passagem do estado líquido 
para o estado sólido, para isso o material deve ser resfriado. 
A vaporização é quando ocorre a passagem do estado líquido 
para o estado gasoso, ela pode ocorrer através de três formas: 
- Através da evaporação: o líquido passa pelo processo de 
vaporização de forma bem devagar até alcançar a temperatura 
ambiente. 
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- Através da ebulição: o líquido passa pelo processo de 
vaporização de forma acelerada, promovendo a formação de 
bolhas devido ao aquecimento. 
- Através da calefação: o líquido passa pelo processo de 
vaporização de forma muito acelerada, devido a alta 
temperatura acima da temperatura necessária para a ebulição. 
A condensação: ocorre quando um material que está no 
estado gasoso, passa para o estado líquido, acontece com o 
resfriamento dos vapores. 
EXPLICAÇÃO DAS MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
A sublimação: ocorre quando um material que esta no estado 
sólido, passa para o estado gasoso, um exemplo dessa passagem 
é o gelo seco. A inversão desse processo é o chamado de 
ressublimação.
EXPLICAÇÃO DAS MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
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EQUAÇÃO TERMOQUÍMICAEQUAÇÃO TERMOQUÍMICAEQUAÇÃO TERMOQUÍMICAEQUAÇÃO TERMOQUÍMICA
É a representação de uma reação química em que está
especificado:
* o estado físico de todas as substâncias.
* o balanceamento da equação.
* a variação de calor da reação (∆H).
* as condições físicas em que ocorre a reação, ou seja,
temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm é o comum)
* variedade alotrópica quando existir. 
* Convencionou-se entalpia zero para determinadas
substâncias simples, em razão de não ser possível
medir o valor real da entalpia de uma substância.
* Foram escolhidas condições-padrão para
estabelecer medidas relativas.
* Terá entalpia zero qualquer substância 
simples que se apresente nos estados 
físico e alotrópico mais comum,
a 25ºC e 1atm de pressão.
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 ENTALPIA ZERO
Hº = 0
ENTALPIA MAIOR QUE
ZERO Hº > 0
H2(g), N2(g) e etc
 O2(g)
 C(grafite)
S(rômbico)
 P(vermelho)
---
 O3(g)
C(diamante)
 S(monoclínico)
 P(branco)
* A forma alotrópica menos estável
tem entalpia maior que zero.
C3H8(g) + 5O2(g) →→→→ 3CO2(g) + 4H2O(g) ∆∆∆∆H = ? – kcal/mol
Consultando a tabela de calores de formação:
SUBSTÂNCIAS
C3H8(g)
CO2(g)H2O(g)
O2(g)
∆Η
-24,8kcal/mol
-94,1kcal/mol
-57,8kcal/mol
zero
Observe a equação:
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∆H = ∑∆H(produtos) – ∑∆ H(reagentes)
∆H = [ 3(-94,1) + 4(-57,8)] - (-24,8 + zero)
∆H = [3∆HCO2(g)+ 4∆H H2O(g) ] - (∆HC3H8(g)+ 5∆HO2(g) )
∆H = - 488,7 kcal/mol
CALOR PADRÃO DE COMBUSTÃO 
OU ENTALPIA-PADRÃO DE COMBUSTÃO 
É o calor liberado na combustão total de um mol de uma 
substância em que os componentes dessa reação estão no
estado-padrão.
H2(g) + 1/2O2(g) →→→→ H2O(l) ∆∆∆∆H=–68,4kcal/mol
C2H5OH(l) + 3O2(g) →→→→ 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆∆∆∆H=–325 kcal/mol
COMBUSTÃO - reação de uma substância com o 
oxigênio (O2) em que ocorre liberação de energia. 
( REAÇÃO EXOTÉRMICA )
COMBUSTÃO - reação de uma substância com o 
oxigênio (O2) em que ocorre liberação de energia. 
( REAÇÃO EXOTÉRMICA )
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CALORES PADRÃO DE FORMAÇÃO 
OU ENTALPIA-PADRÃO DE FORMAÇÃO 
O índice sobrescrito º significa estado 
padrão.
O índice subscrito f significa formação.
É o calor desenvolvido na formação de um mol de
determinado composto, a partir das substâncias 
simples correspondentes no estado padrão.
Representa-se por: ∆∆∆∆Hf
º
REAÇÃO DE FORMAÇÃO - é aquela em que um mol de um único 
composto é formado a partir de substâncias simples no 
estado padrão.
Exs.: C(grafite )+ O2(g) →→→→ CO2(g)
H2(g) + 1/2 O2(g) →→→→ H2O(l)
Os valores de ∆∆∆∆H são pré-estabelecidos e encontrados
em tabelas, para aqueles compostos que estejam na sua 
forma mais estável a 1 atm de pressão, ou seja,
no estado padrão. 
1 mol
1 mol
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SUBSTÂNCIA Hº (kcal/mol) SUBSTÂNCIA Hº (kcal/mol)
H2O(v) -57,8 NH3(g) -11,0
H2O(l) -68,4 HF(g) -64,2
H2O(s) -69,8 HCl(g) -22,1
CO(g) -26,4 HBr(g) -8,7
CO2(g) -94,1 HI(g) -6,2
CH4(g) -17,9 HNO3(l) -41,5
H3COH(l) -57,0 C12H22O11(s) -531,5
C2H5OH(l) -66,4 NaCl(s) -98,5
Observe a reação de formação (síntese)
de um mol de água, a 25ºC e 1 atm de pressão.
H2(g) + 1/2O2(g) →→→→ H2O(g)
Cálculo da entalpia de formação:
∆H = H(produtos) - H(reagentes)
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∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2 O2(g) →→→→ H2O(g ) ∆H = ?
∆H = HºH2O(l) – ( Hº H2(g) + 1/2 Hº O2(g))
Hº H2(g )= Hº O2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
COMO
e
ENTÃO
∆H = – 68,4kcal/mol
∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2 O2(g) →→→→ H2O(g ) ∆H = ?
∆H = HºH2O(l) – ( Hº H2(g) + 1/2 Hº O2(g))
Hº H2(g )= Hº O2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
∆H = – 68,4kcal/mol
COMO
e
ENTÃO
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∆H = H(produtos) – H(reagentes)
H2(g) + 1/2 O2(g) →→→→ H2O(g ) ∆H = –68,4kcal/mol
∆H = HºH2O(l) – ( Hº H2(g) + 1/2 Hº O2(g))
Hº H2(g )= Hº O2(g) = zero
∆H = HºH2O(l) HºH2O(l)= – 68,4kcal/mol
∆H = – 68,4kcal/mol
ENERGIA DE LIGAÇÃOENERGIA DE LIGAÇÃO
É A ENERGIA NECESSÁRIA PARA ROMPER UM MOL DE
LIGAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA NO ESTADO GASOSO.
EX. Para romper um de ligação H – O são necessárias 
110kcal.
Para romper um de ligação H – C são necessárias 
100kcal.
Para romper um de ligação O = O são necessárias 
118kcal.
.* esses valores são tabelados
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Para romper um mol de água no estado gasoso, teremos:
H2O(l) →→→→ 2H(g) + O(g) ∆∆∆∆H = ? kcal/mol
O
H H
110Kcal110kcal 
H2O(l) →→→→ 2H(g) + O(g) ∆∆∆∆H = 220 kcal/mol
Observe a reação em que todos os participantes estão
no estado gasoso:
H
|
C— O — H + 3/2O2 →→→→ O = C = O + 2H2O
|
H
H—
Para romper as ligações intramoleculares do metanol e do
oxigênio, serão absorvidos, para:
1 mol de O — H ⇒ +464,0 kj + 464,0 kj
1 mol de C — O ⇒ +330,0 kj + 330,0 kj
3 mols de C — H ⇒ 3 (+413,0 kj) + 1239,0 kj 
3/2 mols de O = O ⇒ 3/2 (+493,0 kj) + 739,5 kj
TOTAL ABSORVIDO + 2772,5 kj
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H
|
C— O — H + 3/2O2 →→→→ O = C = O + 2H2O
|
H
H—
Para formar as ligações intramoleculares do CO2 e da água, 
serão liberadas:
2 mols de C = O ⇒ 2 (-7444,0 kj) -1 488,0 kj
2 mols de H — O ⇒ 2 ( - 464,0 kj) - 928,0 kj
TOTAL LIBERADO -2 416,0 kj
Cômputo dos produtos:
∆H = ∆H(reagentes) + ∆H(produtos)
O cálculo final será:
∆H = 2 772,5kj + (- 2 416kj)
∆H = 356,5kj
CALOR
LIBERADO
CALOR
ABSORVIDO
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A quebra de ligação envolve
absorção de calor
Processo
endotérmico
A formação de ligação envolve
liberação de calor
Processo 
exotérmico
H H—
H H—
CALOR DE DISSOLUÇÃO OU
ENTALPIA DE DISSOLUÇÃO 
É o calor desenvolvido ( liberado ou absorvido) provocado
pela dissolução de um mol de substância, numa quantidade
de água suficiente para se obter uma solução diluída,
no estado padrão.
H2SO4(l) + aq → H2SO4(aq) ∆∆∆∆H = – 22,9 kcal/mol
KNO3(s) + aq → KNO3(aq) ∆∆∆∆H = + 8,5 kcal/mol
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CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO OU
ENTALPIA DE NEUTRALIZAÇÃO 
É o calor liberado na neutralização de um equivalente-grama
de um ácido por um equivalente-grama de uma base, ambos 
em soluções aquosas diluídas, no estado padrão.
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ∆∆∆∆H = –13,8 kcal/eq-g
HNO3(aq) + LiOH(aq) → LiNO3(aq) + H2O(l) ∆∆∆∆H = –13,8 kcal/eq-g
OBS.: Para ácidos e bases fortes o ∆∆∆∆H será sempre o mesmo.
FIM