Termoquimica1

TERMOQUÍMICATERMOQUÍMICAA QUÍMICA E O ESTUDO DA ENERGIA.

Prof. DANIELA MARTINS

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OBSERVE OSFENÔMENOS

NELES,OCORREM TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS E (OU) QUÍMICAS

ENVOLVENDO VÁRIOS TIPOS DE ENERGIA, INCLUSIVE ENERGIA TÉRMICA.

CALOR - energia que flui de um sistema com temperatura mais alta para o outro com temperatura mais baixa.

SISTEMA - tudo aquilo que se reserva do universo para estudo.

ENERGIA QUÍMICA - trabalho realizado por um sistema através de reações químicas.

ENERGIA - resultado do movimento existentes nas partículas da matéria.

TRABALHO - deslocamento de um corpo contra uma força que se opõe a esse deslocamento.

CONCEITOS IMPORTANTES

O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃO É DENOMINADO CALORIMETRIA.

O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É DENOMINADO CALORÍMETRO.

CALORIA é a quantidade de energia necessária para aumentar de 1ºC a temperatura de 1 g de água.

JOULE é a quantidade de energia necessária para deslocar uma massa de 1kg, inicialmente em repouso,fazendo percurso de 1 metro em 1 segundo.

1 cal = 4,18 J

1 kcal = 1000 cal

1 kJ = 1000 J

EFEITOS ENERGÉTICOS NAS REACÕES QUÍMICAS

6CO 2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

LUZ

CLOROFILAGLICOSE

Na fotossíntese ocorre absorção de calor

C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O

Na combustão do etanol ocorre liberação de calor

ETANOL

A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇASTÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS

* Quando envolve liberação de calor, denomina-se REAÇÃO EXOTÉRMICA.

* Quando envolve absorção de calor, denomina-se REAÇÃO ENDOTÉRMICA.

EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA

É a representação de uma reação química em que estáespecificado:* 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.

Segue alguns exemplos...

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) 267,0 kcal

CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA

A + B C + D HR HP

HP ENTALPIA PRODUTO

HR ENTALPIA REAGENTE

H VARIAÇÃO DE ENTALPIA

HP ENTALPIA PRODUTO

HR ENTALPIA REAGENTE

H VARIAÇÃO DE ENTALPIA

Não esqueça:

HR

HP

A + B C + D +

HR HP >ENTÃO

HR HP = +


O SENTIDO DA SETASERÁ SEMPRE DO REAGENTE

PARA O PRODUTO

CAMINHO DA REAÇÃO

A + B C + D + CALOR


A + B + CALOR C + D


HP

HR

A + B + C + D

Hp Hr >ENTÃO

Hr

Hp = +


O SENTIDO DA SETASERÁ SEMPRE DO REAGENTE

PARA O PRODUTO

CAMINHO DA REAÇÃO

H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES)

Se HR HP H > 0

Se HR > HP H < 0



HR

HP

HR HP > Se


H < 0


CAMINHO DA REAÇÃO

HP

HR

Hp Hr > Se


H > 0


CAMINHO DA REAÇÃO

* Convencionou-se entalpia zero para determinadas substâncias simples, em razão de não ser possívelmedir 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.

OBS.:

ENTALPIA ZEROHº = 0

ENTALPIA MAIOR QUE

ZERO Hº 0H2(g), N2(g) e etc

O2(g)

C(grafite)

S(rômbico)

P(vermelho)

--- O3(g)

C(diamante)

S(monoclínico)

P(branco)

[email protected]@svn.com.br

ENTALPIA ZEROHº = 0

ENTALPIA MAIOR QUE

ZERO Hº 0H2(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.

CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA

LEI DE HESSA entalpia de uma reação depende apenas dos estados iniciais

e finais da reação, não depende dos estados intermediários, ou seja a reação é a mesma para uma ou mais etapas.

Ex. 1 - Cálculo da entalpia da reação de formação do gás carbônico:

C(grafite)+ O2(g) CO2(g) H = ? kcal/mol

OBSERVE AS EQUAÇÕES:

C(grafite)+ 1/2O2(g) CO(g) H = – 26,4kcal/mol

CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) H = – 67,6kcal/mol

EFETUAMOS A SOMA ALGÉBRICA DAS MESMAS.

1ª etapa: C(grafite)+ 1/2O2(g) CO(g) H1 = – 26,4kcal/mol

2ª etapa: CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) H2 = – 67,6kcal/mol

H = – 94,0kcal/mol

CONCLUINDO H = H1 + H2

H = – 94,0kcal/mol

Note que os termos semelhantes em membros opostos se anulam.

Etapa final: C(grafite)+ O2(g) CO2(g)

Ex 2 - Dadas as equações:

C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0kcal/mol

H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = – 68,4kcal/mol 68,4kcal/mol

C(grafite)+ 2H2(g) CH4(g) H3 = – 17,9kcal/mol

Calcular a entalpia da reação:

CH4(g) + O2(g) CO2(g)+ H2O(l)

Resolução:As equações dadas deverão ser arrumadas de tal modoque a sua soma resulte na equação-problema.


H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = – 68,4kcal/mol68,4kcal/mol

C(grafite)+ 2H2(g) CH4(g) H3 = – 17,9kcal/mol

Equação-problema:

CH4(g) + O2(g) CO2(g)+ H2O(l)

I)

II)

III)

Agora vamos identificá-las com algarismos romanos.

Agora, invertemos a equação III de modo a obter ometano ( CH4 ) como reagente.

CH4(g) C(grafite)+ 2H2(g) H3 = + 17,9kcal/mol

Observe a inversão de sinal do H3

Devemos manter a equação I pois dessa formaobteremos gás carbônico como produto.


2( H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = – 68,4kcal/mol– 68,4kcal/mol))

Multiplicar por 2 a equação II para que os coeficientesfiquem ajustados.

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/molO H2 também é

multiplicado

Finalmente aplica-se a soma algébrica das equações, inclusive das variações de entalpia.

CH4(g) C(grafite)+ 2H2(g) H3 = + 17,9 kcal/mol

C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0 kcal/mol

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/mol

_____________________________________________________________

CH4(g) C(grafite)+ 2H2(g) H3 = + 17,9 kcal/mol

C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0 kcal/mol

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/mol

_____________________________________________________________

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(l) H = – 212,9 kcal/mol– 212,9 kcal/mol

Observe os cortes:

H = H1 + H2 + H3

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

Para romper um mol de água no estado gasoso, teremos:

H2O(l) 2H(g) + O(g) H = ? kcal/mol

O

H H

110Kcal 110kcal

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 dooxigênio, serão absorvidos, para:1 mol de O — H +464,0 kj + 464,0 kj1 mol de C — O +330,0 kj + 330,0 kj3 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

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 kj2 mols de H — O 2.2 ( - 464,0 kj) -1 856,0 kj TOTAL LIBERADO -3 344,0 kj

H = H(reagentes) + H(produtos)

O cálculo final será:

H = 2 772,5kj + (- 3344,0kj)

H = -571,5kj

CALOR LIBERADO

CALOR ABSORVIDO

A quebra de ligação envolve absorção de calor

Processo endotérmico

A formação de ligação envolve liberação de calor

Processo exotérmico

H H—

H H—

IR. MARINEZ ROSSATO Diretora AdministrativaIR. ROSELI T. HART Diretora PedagógicaRITA RANGEL Coord. Pedagógica GeralÁTILA ANDERSON D. AZEVEDO

Coord. de Ciências, Química e Biologia DANIELA V. MARTINS Professora de Química 2ªs e 3ªs séries - EM

CRÉDITOS CRÉDITOS

CANTO, Eduardo Leite, TITO, Francisco Miragaia Peruzzo. Química na Abordagem do Cotidiano, 4 ª Edição – São Paulo: Moderna, 2006 - V. 1 Química Geral e Inorgânica.

FELTRE, Ricardo Arissa. Fundamentos da Química, 5ª Edição – São Paulo: Moderna, 2005 – Volume Único.

www.agamenonquimica.com

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

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