TERMOQUÍMICA RITA SIMÕES

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1 TERMOQUÍMICA RITA SIMÕES

2 CONCEITOS IMPORTANTES SISTEMA -É qualquer porção do universo escolhida para observação para, estudo ou análise. ENERGIA - resultado do movimento e da força gravitacional existentes nas partículas formadoras da matéria. CALOR - energia que flui de um sistema com temperatura mais alta para o outro com temperatura mais baixa. TRABALHO - deslocamento de um corpo contra uma força que se opõe a esse deslocamento.

3 Transformações sofridas pela matéria O alimento para cozinhar ABSORVE energia na forma de CALOR A madeira ao queimar LIBERA energia na forma de CALOR

4 Esta energia é estudada por um seguimento da química denominado de

5 Absorvem calor do meio ambiente Liberam calor para o meio ambiente

6 REAÇÃO EXOTÉRMICA A + B C + D + CALOR REAÇÃO ENDOTÉRMICA A + B + CALOR C + D

7 ENERGIA INTERNA ENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA SOB VOLUME CONSTANTE. ENTALPIA ENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA SOB PRESSÃO CONSTANTE, RESUMIDAMENTE, PODEMOS DIZER QUE É O CONTÉUDO DE CALOR DA SUBSTÂNCIA.

8 O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃO É DENOMINADO CALORIMETRIA. O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É DENOMINADO CALORÍMETRO.

9 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

10 MEDIDA DO CALOR DE REAÇÃO O calor liberado ou absorvido por um sistema que sofre uma reação química é calorímetros. determinado em aparelhos chamados

11 q = C.m. T CALOR q é a quantidade de calor transferida a ou a partir de uma determinada massa (m) da substância C é a capacidade calorífica específica T é a variação de temperatura A letra grega delta maiúsculo ( ) significa variação de A variação de temperatura, T, é calculada como a temperatura final menos a temperatura inicial.

12 Substância Nome Capacidade Calorífica (J/g.K) Al alumínio 0,897 C Grafite 0,685 Fe Ferro 0,449 Cu Cobre 0,385 Au Ouro 0,129 NH 3 Amônia 4,70 H 2 O (l) Água líquida 4,184 C 2 H 5 OH(l) Etanol 2,44 H 2 O (s) Água sólida (gelo) 2,06

13 Observações: Água tem um dos valores mais altos (4,184 J/g. K); As capacidade calorífica específica dos metais corresponde a um quinto deste valor ou menos; Exemplo: Como a capacidade calorífica do ferro é de 0,45 J/g. K, para elevar a temperatura de um grama de água em 1K necessita-se de aproximadamente nove vezes mais calor do que é necessário para causar uma variação de 1K na temperatura de um grama de ferro.

14 O PODER CALÓRICO DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS 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

15 OS PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DO CALOR E DO TRABALHO SE APLICAM, NO ESTUDO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA E NAS MUDANÇAS DO ESTADO FÍSICO DE UMA SUBSTÂNCIA.

16 EFEITOS ENERGÉTICOS NAS REACÕES QUÍMICAS Na fotossíntese ocorre absorção de calor LUZ 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O CLOROFILA 2 GLICOSE Na combustão do etanol ocorre liberação de calor C 2 H 5 OH + 3O 2 2CO 2 + 3H 2 O ETANOL

17 Mudanças de Estados Físicos

18 H = H (PRODUTOS) H (REAGENTES) Se HR < HP H > 0 REAÇÃO ENDOTÉRMICA Se HR > HP H < 0 REAÇÃO EXOTÉRMICA

19 ENTALPIA E VARIAÇÃO DE ENTALPIA Lei da Conservação da Energia, Energia não pode ser criada e nem destruída, pode apenas ser transformada de uma forma para outra. Em vista disso, somos levados a concluir que a energia: liberada por uma reação química não foi criada, ela já existia antes, armazenada nos reagentes, sob uma outra forma; absorvida por uma reação química não se perdeu, ela permanece no sistema, armazenada nos produtos, sob uma outra forma.

20 REAÇÃO EXOTÉRMICA 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) H = 20,2 kcal 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) + 20,2 kcal REAÇÃO ENDOTÉRMICA Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) H = + 267,0 kcal Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) 267,0 kcal

21 EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA MICA 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 ). * variedade alotrópica quando existir. * as condições físicas em que ocorre a reação, ou seja, temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm é o comum)

22 2 NH3(g) + 92,2 KJ N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g) H = + 92,2 KJ N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) + 92,2 KJ N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) H = 92,2 KJ

23 Observações: Quando não citamos os valores da pressão e da temperatura é porque correspondem as condições ambientes Se a equação termoquímica em um sentido for endotérmica, no sentido contrário será exotérmica

24 » Classificação e caracterização das reações EXOTÉRMICAS Liberam energia; (luz, calor, som, etc.) Aumenta a temperatura do meio; Energia do lado dos produtos na equação; Entalpia dos produtos < Entalpia dos reagentes; Hp < Hr Variação de entalpia negativa; H H < 0 ENDOTÉRMICAS Absorvem energia; (luz, calor, som, etc.) Diminui a temperatura do meio; Energia do lado dos reagentes na equação; Entalpia dos produtos > Entalpia dos reagentes; Hp > Hr Variação de entalpia positiva; H H > 0

25 REAÇÃO ENDOTÉRMICA A + B + C + D ENTÃO Hp = Hr + Hp > Hr HP HR CAMINHO DA REAÇÃO

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27 REAÇÃO EXOTÉRMICA A + B C + D + ENTÃO HR HR > = HP + HP HR HP CAMINHO DA REAÇÃO

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29 ENTALPIA H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( v ) H2O ( l ) H2O ( s ) H1 = 243 KJ H2 = 286 KJ H3 = 293 KJ caminho da reação

30 ENTALPIA PADRÃO * 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.

31 QUANTIDADES DAS ESPÉCIES QUÍMICAS H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( l ) H = 286 KJ 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O ( l ) H = 572 KJ

32 ESTADO FÍSICO DOS REAGENTES E DOS PRODUTOS H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( s ) H = 293 KJ H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( l ) H = 286 KJ H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( v ) H = 243 KJ

33 Estado alotrópico C(grafite) + O2 (g) CO2(g) H = 393,1 KJ C(diamante) + O2 (g) CO2(g) H = 395,0 KJ ENTALPIA C(diamante) + O2(g) C(grafite) + O2(g) H = 395,0 KJ CO2(g) H = 393,1 KJ caminho da reação

34 ENTALPIA ZERO Hº = 0 H 2(g), N 2(g) e etc O 2(g) C (grafite) S (rômbico) P (vermelho) ENTALPIA MAIOR QUE ZERO Hº > O 3(g) C (diamante) S (monoclínico) P (branco) * A forma alotrópica menos estável tem entalpia maior que zero.

35 Casos particulares das entalpias das reações Entalpia (ou calor ) de formação de uma substância Hf Hfº Entalpia ( ou calor ) de combustão de uma substância Entalpia (ou calor ) de neutralização Entalpia ( ou calor ) de dissolução

36 Entalpia (ou calor ) de formação de uma substância Hfº Observe a reação de formação (síntese ) de um mol de água, a 25ºC e 1 atm de pressão. H2(g) + 1/2O2(g) Cálculo da entalpia de formação: H = H(produtos) - H(reagentes) H2O(g)

37 H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g ) H =? H = H(produtos) H(reagentes) H = HºH 2 O (Hº (l) H 2 (g) + 1/2 Hº O ) 2(g) COMO Hº H 2 (g ) = Hº O 2(g) = zero H = HºH 2 O (l) ENTÃO e HºH 2 O (l) = 68,4kcal/mol H = 68,4kcal/mol

38 H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g ) H =? H = H(produtos) H(reagentes) H = HºH 2 O (l) (Hº H 2 (g) + 1/2 Hº O 2(g) ) Hº H 2 (g ) = Hº O 2(g) = zero H = HºH 2 O (l) HºH 2 O (l) = 68,4kcal/mol H = 68,4kcal/mol

39 H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g ) H = 68,4kcal/mol H = H(produtos) H(reagentes) H = HºH 2 O (l) (Hº H 2 (g) + 1/2 Hº O 2(g) ) Hº H 2 (g ) = Hº O 2(g) = zero H = HºH 2 O (l) HºH 2 O (l) = 68,4kcal/mol H = 68,4kcal/mol

40 SUBSTÂNCIA Hº (kcal/mol) SUBSTÂNCIA Hº (kcal/mol) H 2 O (v) -57,8 NH 3(g) -11,0 H 2 O (l) -68,4 HF (g) -64,2 H 2 O (s) -69,8 HCl (g) -22,1 CO (g) -26,4 HBr (g) -8,7 CO 2(g) -94,1 HI (g) -6,2 CH 4(g) -17,9 HNO 3(l) -41,5 H 3 COH (l) -57,0 C 12 H 22 O 11(s) -531,5 C 2 H 5 OH (l) -66,4 NaCl(s) -98,5

41 Entalpia ( ou calor ) de combustão de É o calor liberado na combustão total de um mol de uma substância em que os componentes dessa reação estão no estado-padrão. H 2(g) + 1/2O 2(g) uma substância H 2 O (l) H= 68,4kcal/mol C 2 H 5 OH (l) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2 O (l) H= 325 kcal/mol COMBUSTÃO - reação de uma substância com o oxigênio (O 2 ) em que ocorre liberação de energia. ( REAÇÃO EXOTÉRMICA )

42 Entalpia (ou calor ) de neutralização É o calor liberado na neutralização de 1 molde H + do ácido por 1 mol de OH- da base, supondo-se todas as substâncias em diluição tota ou infinita, 25 C e 1 atm. HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) H = 13,8 kcal/eq eq-g HNO 3(aq) + LiOH (aq) LiNO 3(aq) + H 2 O (l) H = 13,8 kcal/eq eq-g OBS.: Para ácidos e bases fortes o H será sempre o mesmo.

43 Entalpia ( ou calor ) 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. H 2 SO 4 (l) + aq KNO 3(s) + aq H 2 SO 4 (aq) H = 22,9 kcal/mol KNO 3(aq) H = + 8,5 kcal/mol

44 CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA LEI DE HESS A 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.

45 ENERGIA 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

46 Ligação Cl Cl H H H Cl C C C H C H (metano( metano) C Cl E de ligação (Kcal/mol) 58,0 104,2 103,2 83,1 98,8 99,5 78,5

47 Veja esse exemplo, reagindo gás hidrogênio (H 2 ) e gás cloro (Cl 2 ), formando cloridreto (HI).

48 ... REAGENTES Energia de ligação A quebra de uma ligação é um processo endotérmico. ( H > 0): SINAL (+)... PRODUTOS A formação de uma ligação é um processo exotérmico. ( H < 0): SINAL (-)

49 A quebra de ligação envolve absorção de calor H H Processo endotérmico Processo exotérmico A formação de ligação envolve liberação de calor H H

50 Energia de ligação H 2(g) + Cl 2(g) 2 HCl (g) H - H + Cl - Cl 2 H-Cl +104,0kcal/mol +58,0kcal/mol 2 x(-103,0kcal/mol) H = - 44,0 Kcal/mol

51 Para romper um mol de água no estado gasoso, teremos: H 2 O (l) 2H (g) + O (g) H =? kcal/mol 110kcal O H H 110Kcal H 2 O (l) 2H (g) + O (g) H = 220 kcal/mol

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