termoquimica

Prof . Mat eus Andrade


A Term oquím ic a t em c om oobjet ivo o est udo das var iaç õesde energ ia que ac om panham as

reaç ões quím ic as.

Não há reaç ão quím ic a queoc orra sem var iaç ão de energ ia !

A energ ia é c onservat iva. Não pode ser c r iadaou dest ru ída. Apenas t rans form ada !

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As var iaç ões de energ ia, nasreaç ões quím ic as, m ani fes t am -se

sob a form a de c a lor (gera lm ent e) eluz l iberada ou absorv ida.

A or igem da energ ia envolv ida num areaç ão quím ic a dec orre,

bas ic am ent e, de um novo arran jopara as l igaç ões quím ic as.

O c ont eúdo de energ ia arm azenado, pr inc ipa lm ent e naform a de l igaç ões é c ham ado de ENTALPIA (ent halpein, do

grego = calor) e s im bol izado por H (heat ).


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ICA Em funç ão da energ ia envolv ida as

reaç ões podem ser de dois t ipos:

I - Ex ot érm ic as: l iberam energ ia.

• proc essos de c om bust ão, respi raç ão anim al .

I I - Endot érm ic as: absorvem energ ia.

• fo t ossínt ese, c ozim ent o dos a l im ent os.

Class i f ic aç ão das reaç ões t erm oquím ic as


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Represent aç ões gráf ic as (1)

Com bust ão do e t anol - ex ot érm ic a

H2 < H1

DH = H2 - H1

DH < 0

CALOR LIBERADO


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Represent aç ões gráf ic as (2)

Fot ossínt ese - endot érm ic a

H2 > H1

DH = H2 - H1

DH > 0

CALOR ABSORVIDO


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Com o pode ser m edido o c a lor de reaç ão ?

Para reaç ões em m eio aquoso (ex .: neut ra l izaç ões)ut i l iza-se um c alor ím et ro, que nada m ais é do que um a garra fat érm ic a (f igura 1). Para reaç ões de c om bust ão u t i l iza-se

um a bom ba c alor im ét r ic a (f igura 2).

f igura 1 - c a lor ím et ro f igura 2 - bom ba c a lor im ét r ic a

Nos dois c asos oc alor é t ransfer ido

para um a m assade água e obt ido a

par t i r daex pressão

Q = m . c . D T


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Equaç ões t erm oquím ic as (requ is i t os)

1 . Equaç ão quím ic a a just ada.

D H 0 Ent a lp ia padrão: m edida à 250 C e 1 at m .

4. Ind ic aç ão das c ondiç ões de pressão et em perat ura em que fo i m edido o D H.

3. Ind ic aç ão da ent a lp ia m olar , is t o é , por m olde produt o form ado ou reagent e c onsum ido.

2. Ind ic aç ão dos est ados f ís ic os e a lot róp ic os•(quando for o c aso) dos c om ponent es.


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• Est ados a lot róp ic os m ais c om uns

Carbono

Graf i t e Diam ant e

Enx ofre

Rôm bic o Monoc l ín ic o

Rôm bic o e m onoc l ín ic o = form as d i ferent es de c r is t a l izaç ão


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Est ados a lot róp ic os m ais c om uns

Fósforo

Ox igênio

Verm elho

O2O3 (ozônio)

Branc o


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Tipos de Ent a lp ias ou Calores de Reaç ão

1. Ent a lp ia de Mudanç a de Fase.

2. Ent a lp ia ou Calor de Form aç ão.

3. Ent a lp ia ou Calor de Dec om posiç ão.

4. Ent a lp ia de Com bust ão.

5. Ent a lp ia de Dissoluç ão.

6. Ent a lp ia de Neut ra l izaç ão.

7. Ent a lp ia ou Energ ia de L igaç ão.


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Ent a lp ia de Mudanç a de Fase

Corresponde à energ ia envo lv ida na m udanç ade est ado f ís ic o ou c r is t a l ino de um m ol de

subst ânc ia s im ples ou c om post a.

Ex em plos

H2O(s) Ã H2O(l ) DH273 = + 6,011 k J /m ol

H2O(l ) Ã H2O(g) DH298 = + 43,948 k J /m ol

C(graf .) Ã C(diam .) DH298= + 1 ,885 k J /m ol

Srôm bic o) Ã S(m onoc l ín ic o) DH 298= + 0,297 k J /m ol


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Ent a lp ia de Form aç ão (DH f)

Corresponde à energ ia envo lv ida na form aç ãode um m ol de subst ânc ia a par t i r de

subst ânc ias s im ples, no est ado a lo t róp ic om ais c om um .

Ex em plos

H2(g) + 1 /2 O2(g) Ã H2O(l) DHf = - 285,5 k J /m ol

C(graf i t e) + O2(g) Ã CO2(g) DHf = - 393,3 k J /m ol

1/2 N2(g) + 1 /2 O2(g) Ã NO(g) DHf = + 45,9 k J /m ol

Ent a lp ia de form aç ão de subst ânc ias s im ples é nu la !


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Ent a lp ia de Dec om posiç ão

Pode ser c onsiderada c om o a ent a lp iainversa à de form aç ão de um a

subst ânc ia.

Ex em plos

H2O(l Ã H2(g) + 1/2 O2(g) ) DH = + 285,5 k J /m ol

CO2(g) Ã C(graf i t e) + O2(g) DH = + 393,3 k J /m ol

NO(g) Ã 1 /2 N2(g) + 1 /2 O2(g) DH = - 45,9 k J /m ol

Observe que ao inver t er a equaç ão a var iaç ão deent a lp ia t roc a de s ina l a lgébr ic o !


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Ent a lp ia de Com bust ão

Corresponde à energ ia l iberada nareaç ão de 1 m ol de subst ânc ia

(c om bust íve l ) c om O2 puro (c om burent e).

Se o c om bust íve l for m at er ia l orgânic o(C,H e O) a c om bust ão pode ser de dois

t ipos:

I - Com plet a: os produt os são CO2 e H2O.

I I - Inc om plet a : a lém dos produt os ac im aform a-se, t am bém , CO e/ou C (fu l igem ).


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Com bust ão c om plet a CHAMA AZUL

CH4 + 2O2 Ã CO2 + H2O DH = - 889,5 k J /m ol

C3H8 + 5O2 Ã 3CO2 + 4H2O DH = - 1 .400 k J /m ol

Na c om bust ão inc om plet aa c ham a é a laran jada.

A c om bust ão do C t am bém éa form aç ão do CO2 !

A c om bust ão inc om plet a or ig inam enor c alor l iberado do que a

c om bust ão c om plet a .


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Ent a lp ia de Disso luç ão

Corresponde ao c a lor l iberado ou absorv idona d issoluç ão (às vezes seguida de

dissoc iaç ão ) de 1 m ol de subst ânc ia de t a lm odo que pela adiç ão de quant idades

c resc ent es de água, se ja a lc anç ado uml im i t e a par t i r do qua l não há m ais l iberaç ão

ou absorç ão de c a lor .

Ex em plos

H2SO4(l ) + aq (2 m ols ) Ã H2SO4(aq) DH = - 28,0 k J /m ol

H2SO4(l ) + aq (100 m ols ) Ã H2SO4(aq) DH = - 84,4 k J /m ol

NH4NO3(s) + aq Ã NH4+NO3

-(aq) DH = + 26,3k J /m ol


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Ent a lp ia de Neut ra l izaç ão

Corresponde ao c a lor l iberadona form aç ão de 1 m ol de água,a par t i r da neut ra l izaç ão de 1

m ol de íons H+ por 1 m ol de íonsOH -, em so luç ão aquosa d i lu ída.

Ex em plos

HCl + NaOH Ã NaCl + H2O DH - 58,0 k J /m ol

HNO3 + K OH Ã K NO3 + H2O DH - 58,0 k J /m ol

Na reaç ão de ác idos for t es c om bases for t es a var iaç ão deent a lp ia é aprox im adam ent e c onst ant e po is a reaç ão é

sem pre: H+ + OH - Ã H 2O !


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Ent a lp ia ou Energ ia de L igaç ão

É a quant idade de c a lor absorv ida naquebra de 6 ,02.1023 l igaç ões de

det erm inada espéc ie, supondo assubst ânc ias no est ado gasoso, à 250 C.

A quebra de l igaç ões é sem pre um proc essoendot érm ic o enquant o a form aç ão de

l igaç ões será sem pre ex ot érm ic o.

Nos reagent es sem pre oc orrerá quebra del igaç ões (DH > 0) e nos produt os oc orrerá

form aç ão de l igaç ões (DH < 0) .


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Ex em plos de energ ias de l igaç ão


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Cálc u lo de ent a lp ia a par t i r das l igaç ões

Calc u lar a var iaç ão de ent a lp ia na reaç ão:

2 H - H (g) + O = O(g) Ã 2 H - O - H (g)

DHreagent es = 2 . 435,5 + 497,8 = + 1 .368,8 k J

DHprodut os = - (4 . 462,3) = - 1 .849,2 k J

D H reaç ão = - 480,4 k J ou - 240,2 k J /m ol

A var iaç ão de ent a lp ia da reaç ão será obt idapela som a a lgébr ic a das ent a lp ias ac im a:

D H reaç ão = DH reagent es + DHprodut os

D H reaç ão = + 1.368,8 + (- 1 .849,2)


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A Lei de Hess , t am bém c onhec idac om o Le i da Som a dos Calores de

Reaç ão , dem onst ra que avar iaç ão de ent a lp ia de um a

reaç ão quím ic a não depende dom odo ou c am inho c om o a m esm aé real izada e s im do est ado in ic ia l

(reagent es) e es t ado f ina l(produt os) .


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A Le i de Hess pode ser dem onst rada apar t i r do seguint e ex em plo:

Cam inho 2

C(graf .) + ½ O2(g) Ã CO(g) DH2 = - 280,6 k J

CO(g) + ½ O2(g) Ã CO2(g) DH3 = - 112,8 k J

A ent a lp ia f ina l será DH 2 + DH 3

Cam inho 1

C(graf .) + O2(g) Ã CO2(g) DH1 = - 393,4 k J

Som ando as duas equaç ões resu l t a :

C(gra f .) + O2(g) Ã CO2(g) DH1 = - 393,4 k J


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Ex em plo

Calc ular a var iaç ão de ent a lp ia envolv idana c om bust ão de 1 m ol de CH 4(g),

ex pressa por :

CH4(g) + 2 O2(g) Ã CO2(g) + 2 H2O(l )

sabendo que:

1) DH form aç ão CH 4(g) = - 74,82 k J /m ol

2) DH form aç ão CO2(g) = - 393,4 k J /m ol

3) DH form aç ão H 2O(l ) = - 285,5 k J /m ol


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Soluç ão

Desenvolvendo as equaç ões re lat ivas àform aç ão dos c om ponent es:

1. form aç ão do CH4

C + 2 H2 CH4 DH1 = - 74,82 k J /m ol2. form aç ão do CO2

C + O2 CO2 DH2 = - 393,4 k J /m ol3. form aç ão da H2O

H2 + ½ O2 H 2O DH3 = - 285,5 k J /m ol


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Soluç ão

Apl ic ando a Lei de Hess, para obt er ac om bust ão do CH4 deverem os:

a) inver t er a equaç ão de form aç ão do CH 4 ;CH4 Ã C + 2H2 DH = + 74,82 k J

b) ut i l i zar da form a apresent ada a equaç ão de

form aç ão do CO2 ;C + O2 Ã CO2 DH = - 393,4 k J

c ) ut i l i zar a equaç ão de form aç ão da água

m ul t ip l ic ada por 2 (inc lus ive a ent a lp ia) 2H2 + O2 Ã 2H2O DH = - 571,0 k J


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Soluç ão

1) CH4 Ã C + 2H2 DH = + 74,82 k J

2) C + O2 Ã CO2 DH = - 393,4 k J

3) 2H2 + O2 Ã 2H2O DH = - 571,0 k J

que som adas, resul t a

A var iaç ão da ent a lp ia será:

DHRQ = + 74,82 + (- 393,4) +(- 571,0)

DHRQ = - 889,58 k J /m ol de CH4

CH4(g) + 2 O2(g) Ã CO2(g) + 2 H2O(l )

Esse m ét odo é c onhec ido c om o “ m ét ododas equaç ões t erm oquím ic as” .


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A Lei de Hess pode ser ap l ic adausando o “ m ét odo da ent a lp ia f ina l ein ic ia l ” , c onsiderando que a var iaç ão

de ent a lp ia de um a reaç ão quím ic a sódepende do est ado de energ ia de

reagent es e produt os.

DHRQ = S ni (DHf)produt os - S ni (DHf)reagent es

onde ni são os c oef ic ient esest equiom ét r ic os de reagent es e

produt os da reaç ão.


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Port ant o para a reaç ão:

CH 4(g) + 2 O2(g) Ã CO2(g) + 2 H 2O(l )

A var iaç ão de ent a lp ia será:

DHRQ = [DHf(CO2) + 2DHf(H2)] - [DHf(CH4) + 0]

DHRQ = [ (- 393,4) + 2(- 285,5)] - (- 74,82)

DHRQ = - 889,58 k J oule /m ol

A Ent a lp ia de form aç ão do O2 é nu la .

(subst ânc ia s im ples)


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Apl ic aç ões da Lei de Hess

1. Prev isão de c a lores de reaç ão, a par t i r de

ent a lp ias c onhec idas.

2. Det erm inaç ão do poder c a lor íf ic o de c om -

bust íve is aut om ot ivos e a l im ent os.

Ex em plos

Oc t ano (gasol ina) = 47,8 k J ou le/gram a

Et anol (álc ool c om um ) = 44,7 k J oule /gram a

Met ano (GNV) = 49,0 k J oule /gram a

Gl ic ose (c arbohidra t o) = 17,5 k J oule /gram a

Lipíd io (gorduras) = 38,6 k J ou le/gram a

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