Nas reações químicas, grande parte das energias envolvidas nas interações de natureza elétrica ou magnética, aparecem sob forma de calor ou de trabalho. Muitas reações ocorrem com liberação de calor para o ambiente, sendo denominadas exotérmicas. Outras, endotérmicas, retiram calor do ambiente com conseqüente abaixamento de temperatura. Pode ser demonstrado que o calor transferido em uma mudança de estado à pressão constante, é igual à variação de entalpia do sistema. A entalpia de um sistema é a soma da energia interna do mesmo (U) e da energia de expansão ou nergia elástica. Quando as reações químicas se processam em condições de pressão constante, os calores envolvidos são iguais às variações de entalpias das reações. Quando a reação química é conduzida a pressão constante, a variação de entalpia, designada por ∆H, é dada simplesmente pela diferença entre as entalpias dos produtos e dos reagentes. Independentemente dos caminhos percorridos pelos reagentes até formação dos produtos, a variação de entalpia deverá ser sempre a mesma[1]

O calor de reação entre um ácido e uma base é denominado calor de neutralização.

Em solução aquosa, os ácidos e as bases fortes encontram-se completamente dissociados, e o calor de neutralização é numericamente igual ao calor de dissociação da água com sinal contrário[2]. Este é o caso da neutralização do ácido clorídrico em presença de hidróxido de sódio, cujas soluções podem ser descritas, segundo Arrhenius, como:

HCl + aq = Cl- (aq) + H+ (aq) (I)

NaOH + aq = Na+ (aq) + OH- (aq) (I)

Partindo dessas soluções, a reação de neutralização pode ser descrita como:

Cl- (aq) + H+ (aq) + Na+ (aq) + OH- (aq) = Cl- (aq) + Na+

(aq) + H2O(I)

Ou, simplesmente,

H+ (aq) + OH-

Quando o ácido ou a base não estão completamente dissociados o calor de neutralização assume valores diferentes. No caso do ácido acético, que é um ácido fraco, parte das moléculas não se encontram dissociadas [3].

Desta forma, o objetivo do trabalho foi fazer o estudo da variação de energia em reações entre ácidos e bases.

Tabela 1. Massa contida nos volume de 5mL dos reagentes ácidos e bases.

Base/ácido Volume (mL) Concentração (molL-1) Massa (g)NaOH 5,0 0,5 0,1000gNH4OH 5,0 0,5 0,0875gCaOH 5,0 0,5 0,1852HNO3 5,0 0,5 0,1575HCl 5,0 0,5 0,0900HNO3 5,0 0,5 0,1575H2SO4 5,0 0,5 0,245

Ácido/base Temperatura inicial

Temperatura (°C) a cada 10 segundos

NaOH/ HNO3 23,0/23,0 23,5 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0HCl/ NH4OH 22,0/22,0 23 23,2 23,4 23,4 23,4 23,4H2SO4/NH4OH 22,0/22,0 23,0 23,4 23,4 23,6 23,5 23,5CaOH/ HNO3 21,0/21,0 22,0 23,0 24,0 24,0 24,0 24,0NaOH/ HCl 22,0/22,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0NaOH/ H2SO4 23,0/23,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0

Ácido/base Temperatura (°C) a cada 20 segundosNaOH/ HNO3 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0HCl/ NH4OH 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4H2SO4/NH4OH 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5CaOH/ HNO3 24,0 24 24 24 24 25 24NaOH/ HCl 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0NaOH/ H2SO4 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0

Tabela 2. Medidas da temperatura em função do tempo antes da mistura do reagentes e após a mistura.

Mistura Tf-Ti (°C)NaOH/ HNO3 1,0HCl/ NH4OH 1,4

H2SO4/NH4OH 1,5CaOH/ HNO3 3,0NaOH/ HCl 1,0

NaOH/ H2SO4 2,0Mistura Tf-Ti (°C)

NaOH/ HNO3 0HCl/ NH4OH 0

H2SO4/NH4OH 0,5CaOH/ HNO3 1,3NaOH/ HCl 0

NaOH/ H2SO4 0Tabela 3. Diferença da temperatura fina e inicial da mistura dos reagentes.

A capacidade calorífica pode ser calculada por:

Ccal = mp.cs , Onde:

mp é a massa

cp o calor específico dos produtos.

Para soluções diluídas, o calor específico é aproximadamente igual ao calor específico da água, isto é, cs  4,184 J.(oC.)g-1 Sendo a massa dos produtos igual à massa dos reagentes, mp está determinada pela escolha das quantidades dos reagentes.

Capacidades calorífica para reação de neutralização da mistura - NaOH/ HNO3

HNO3(aq)+ NaOH(aq)  → NaNO3(aq) + H2O(l)

Cp = mp.cs

Cpl = g x 4,184 J.(oC.)-1g-1

Cp= 1,077 J.(°C)-1

Quantidade de energia envolvida no processo em termos molares

Capacidade calorífica molar:

Cp,m= Cp / namostra

C,p,m= 1,077J(°C)-1/ 5 x10-3mol

Cp,m= 215,4 J(°C)-1mol-1

∆H=Q

Q= - C,m,p x ∆t

Q = - 215,4J(°C)-1mol-1x 1,0 °C

Q= - 215,4 Jmol-1= - 0,215 KJ mol-1

Capacidades caloríficas para reação de neutralização da mistura - HCl/ NH4OH

Ccal = mp.cs

Ccal = 1,000 g x 4,184 J.(oC.)g-1

Ccal= 1,000 J.(oC.)

Quantidade de energia envolvida no processo em termos molares

Capacidade calorífica molar:

Cp,m= Cp / namostra

C,p,m= 1,000J(°C)-1/ 5 x10-3mol

Cp,m= 200 J(°C)-1mol-1

∆H=Q

Q= - C,m,p x ∆t

Q = - 200 J(°C)-1mol-1x 1,4 °C

Q= -280 Jmol-1= - 0,28 KJ mol-1

Capacidades caloríficas para reação de neutralização da mistura - H2SO4/NH4OH

Ccal = mp.cs

Ccal = 0,3325 g x 4,184 J.(oC.)g-1

Ccal= 1,3912 J.(oC.)-1

Quantidade de energia envolvida no processo em termos molares

Cp,m= Cp / namostra

C,p,m= 1,3912J(°C)-1/ 5x10-3mol

Cp,m= 278,24J(°C)-1mol-1

∆H=Q

Q= - C,m,p x ∆t

Q = - 278,24 J(°C)-1mol-1x 1,5 °C

Q= - 417,36 Jmol-1 = - 0,4174 KJ mol-1

Capacidade caloríficas para reação de neutralização da mistura - CaOH/ HNO3

2 HNO3 (aq) + Ca(OH)2 (aq) → Ca(NO3)2 (s) + 2 H2O(l)

Ccal = mp.cs

Ccal = 0,3427 g x 4,184 J.(oC.)g-1

Ccal= 1,4339 J.(oC.)-1

Quantidade de energia envolvida no processo em termos molares

Cp,m= Cp / namostra

C,p,m= 1,3427J(°C)-1/ 5x10-3mol

Cp,m= 268,54J(°C)-1mol-1

∆H=Q

Q=- C,m,p x ∆t

Q = - 268,54J(°C)-1mol-1x 1,3 °C

Q= - 349Jmol-1= - 0,349 KJ mol-1

Capacidades caloríficas para reações de neutralização

da mistura - NaOH/ HCl

HCl(aq)+NaOH(aq)→NaCl(aq)+H2O(l)

Ccal = mp.cs

Ccal = 0,3800 g x 4,184 J.(oC.)g-1

Ccal= 1,5995 J.(oC.)-1

Quantidade de energia envolvida no processo em termos molares

Cp,m= Cp / namostra

C,p,m= 1,5995 (°C)-1/ 0,5mol

Cp,m=319,9 J(°C)mol -1

∆H=Q

Q= - Cp x ∆t

Q = - 319,9J(°C)mol-1 x 1,0 °C

Q= - 319,9Jmol = 0,3199 KJ mol-1

Capacidades caloríficas para reação de neutralização da mistura - NaOH/ H2SO4

H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O

Ccal = mp.cs

Ccal = 0,3450g x 4,184 J.(oC.)g-1

Ccal= 1,4443J.(oC.)-1

Quantidade de energia envolvida no processo em termos molares

Cp,m= Cp / namostra

C,p,m= 1,4443J(°C)-1/ 5x10-3mol

Cp,m= 288,9J(°C)-1mol-1

∆H=Q

Q= - C,m,p x ∆t

Q = - 288,9J(°C)-1mol-1x 2,0 °C

Q= - 577,7 Jmol-1= -0,5777 KJ mol-1

[1] MOORE, W.J. Físico-Química. Tradução da 4º edição americana Helena Li Chun (e outros). São Paulo: Edgard Blucher, 2004, p.48.

[2] ATKINS,P.; PAULA.J.D. Atkins físico-química.V.2. 8 ed.Rio de Janeiro:LTC, 2008.

[3] ORTEGA, G.G., NETZ, P.A. Fundamentos de Físico-Química: uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Porto Alegre: Artmed, 2002, p. 54-55.