REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS

REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS

UNIDADE 1 – QUÍMICA E INDÚSTRIA: EQUILÍBRIOS E DESIQUILÍBRIOS1.2. – REACÇÕES QUÍMCIAS - ASPECTOS QUANTITATIVOS E BALANÇOS ENERGÉTICOS

ESCOLA BÁSICA E SECUNDÁRIA DE VELASFísica e Química A – 11º ano

Ano lectivo 2010/2011


PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

Primeira Lei da Termodinâmica ou Princípio da Conservação de Energia,

afirma que a energia de um sistema isolado é constante.

pc

pccp

ΔΔ

Δ Δ constante0ΔU constante Usistema do interna energiaU

0

Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011




Nos sistemas isolados:•Numa reacção exotérmica há aumento de temperatura o que corresponde

a um aumento da energia cinética; logo tem de haver uma diminuição da

energia potencial.

•Numa reacção endotérmica há diminuição de temperatura o que

corresponde a uma diminuição da energia cinética; logo tem de haver um

aumento da energia potencial.

pc

pc

EET:aendotérmic Reacção

EET:exotérmica Reacção




Em sistemas fechados há troca de energia com o exterior, mas a soma da

energia total do sistema com a energia do meio exterior é constante.

exterior meiosistema



ΔUΔU0ΔUΔU

0ΔU constante UconstanteUU




As trocas de energia com o meio exterior podem ser feitas sob a forma de calor – Q - ,

de trabalho – W - , e ainda de radiação – R-.

Por convenção, tudo o que entra no sistema é positivo e tudo o que sai é negativo.

Sistema

Q >0W >0

W< 0 Q < 0

Trocas de energia entre um sistema e o meio exterior sob a forma de calor (Q) e de trabalho(W).


CALOR DA REACÇÃO


A energia transferida como calor entre o sistema reaccional e o meio exterior, à

medida que a reacção decorre e de modo a que a temperatura do sistema não se

altera, designa-se por calor de reacção.

Designa-se por calor de reacção, (Q), a uma dada temperatura, a quantidade de

calor trocada entre o sistema e o meio exterior, necessária para que a temperatura do

sistema depois da reacção seja a mesma que no início da reacção.


CALOR DA REACÇÃO


Reacção exotérmica

T1T2 > T1 T1

Início da reacção

- Q

A temperatura do sistema aumenta

Para que a temperatura fique igual à

inicial, há saída de calor para o meio exterior.


CALOR DA REACÇÃO


+ Q

Início da reacção A temperatura

do sistema diminui

Para que a temperatura fique igual à inicial, há entrada de calor do meio exterior.

Reacção endotérmica

T1T2 < T1 T1


CALOR DA REACÇÃO


Para além da energia interna, existem outras funções termodinâmicas que podem

definir o estado de um sistema, estando todas relacionadas entre si.

•Reacções que se realizam a volume constante, o calor da reacção

define-se por QV.

•Reacções que se realizam a pressão constante, o calor da reacção

define-se por QP ou variação de entropia (H).


CALOR DA REACÇÃO


E

Coordenada da reacção

Reagentes

Produtos da reacção

H < 0QP

Numa reacção exotérmica, o sistema cede calor ao meio exterior.


CALOR DE REACÇÃO


E

Coordenada da reacção

Reagentes

Produtos da reacção

H > 0

QP

Numa reacção endotérmica, o sistema recebe calor do meio exterior.


EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS


Uma equação termoquímica especifica o valor do calor de reacção, H,

correspondente a uma determinada temperatura.

EXEMPLO 1:Reacção de síntese do amoníaco – reacção exotérmica:

Esta reacção indica que por cada mole de moléculas de amoníaco formado se libertam 45 KJ de energia.

45KJ Δ(g)NH(g)H3(g)N21

ou 90KJ Δ(g)2NH(g)3H(g)N

322

322

2


EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS


EXEMPLO 2:Reacção de síntese de monóxido de azoto – reacção endotérmica:

Esta reacção indica que por cada mole de moléculas de monóxido de azoto formado é absorvida uma energia de 90,5 KJ de energia, a uma dada pressão.

90,5KJ ΔNO(g)(g)O1(g)N21

ou 181KJ Δ2NO(g)(g)O(g)N

22

22

2


CALOR DE REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS


• Na formação de uma ligação química há libertação de energia, chamada

energia de ligação.

• Na quebra de uma ligação há absorção de energia, chamada energia de

dissociação.

• Energia de ligação e energia de dissociação têm valores simétricos.

Quanto mais forte é uma ligação química maior é a energia libertada quando

essa ligação se forma e, consequentemente, maior será a energia absorvida na

quebra dessa ligação.


CALOR DE RAEACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS


O calor de reacção pode ser atribuído à variação de energia interna do sistema

reaccional verificada aquando da quebra das ligações nos reagentes e da

formação de novas ligações nos produtos da reacção.

Exemplo da reacção de síntese de amoníaco


CALOR DA REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS


Em suma:

Existem dois factores que determinam se uma reacção é exotérmica ou endotérmica:

As forças relativas das ligações medidas pelas respectivas energias de ligação,

O número relativo de ligações quebradas e formadas.

Nas reacções atérmicas (H =0), a energia absorvida na quebra de ligações é

igual à energia libertada na formação de ligações.


CALOR DE REACÇÃO E LILGAÇÕES QUÍMICAS


PROPRIEDADES DAS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS

1 – Invertendo a equação, H muda de sinal;Exemplo:

2 – Multiplicando ou dividindo os coeficientes estequiométricos por um dado valor, H é também multiplicado ou dividido por esse mesmo factor;Exemplo:

3 - Se uma equação termoquímica resultar da soma de duas ou mais equações (etapas), então, o H da equação geral é igual à soma dos H das várias etapas.

Hglobal = H1 + H2 + …

57KJ Δ(g)O21NO(g) (g)NO

57KJ Δ(g)NO(g)O21

NO(g)

22

22

KJ 114- 57KJ)( Δ(g)NO(g)O2NO(g)

57KJ Δ(g)NO(g)O21NO(g)

22

22

22

LEI DE HESS


CALOR DE REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS


Segundo a Lei de Hess, o valor de H, para uma dada reacção global, é o mesmo quer a

reacção seja directa ou se processe em etapas, ou seja, H de uma reacção só depende

do estado inicial e do estado final do sistema.

Exemplo de uma aplicação da Lei de Hess:Calcular o calor de reacção (H) para a reacção de combustão de metano a partir das equações parciais 1, 2 e 3 abaixo indicadas:

A equação química que traduz a reacção de combustão do metano é:

KJ 286 - ΔO(g)H(g)O21(g)H (3)

393,5KJ- Δ(g)CO(g)OC(s) (2)KJ 74,8 - Δ(g)CH(g)2HC(s) (1)

222

22

42

(A) O(l)2H(g)CO(g)2O(g)CH 2224

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