ENERGIA TOTAL DE UM CORPO

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1 ENERGIA TOTAL DE UM CORPO A energia total de um corpo é dada pela soma da sua energia mecânica e da sua energia interna: E total E mecânica E interna A energia mecânica é dada pela soma da energia cinética e da energia potencial macroscópicas. A energia interna é dada pela soma da energia cinética e da energia potencial internas: E interna E cinética interna E potencialinterna A energia cinética interna corresponde aos movimentos de rotação, vibração e translação das moléculas. A energia potencial interna existe nas ligações químicas da própria molécula (ligações intramoleculares) e entre moléculas (ligações intermoleculares). As ligações intramoleculares e intermoleculares existem, por exemplo, nas moléculas da água como mostra a figura: Ligação intramolecular Ligação intermolecular

2 ENERGIA POTENCIAL INTERNA E LIGAÇÃO QUÍMICA Durante a formação ou rompimento de uma ligação numa molécula diatómica, a energia potencial interna da molécula varia, de acordo com o gráfico: C r e A (r) E e B A distância internuclear (r) corresponde à distância entre os núcleos da molécula. r A distância de mínima energia corresponde à distância internuclear de equilíbrio (r e ). Essa energia mínima corresponde à energia potencial interna de equilíbrio (E e ). Este gráfico analisa-se do seguinte modo: Na situação A, os átomos estão muito afastados, pelo que, a energia potencial interna é próxima de zero, sendo tanto mais próxima de zero quanto mais afastados estiverem os átomos.

3 Entre A e B, os átomos aproximam-se e a energia potencial interna diminui e, quando a energia potencial interna diminui, a força de ligação aumenta, ou seja, aumenta a estabilidade da molécula que se está a formar. Em B atinge-se o máximo de estabilidade para a molécula, a que corresponde um mínimo de energia potencial interna (situação de equilíbrio), sendo esta a situação em que as moléculas normalmente se encontram. Entre B e C há uma diminuição da distância dos átomos a que corresponde um aumento da energia potencial interna. Ao atingir-se a situação C deixa e haver atração entre os átomos para passar a existir repulsão. MOLÉCULA DE O 2 Para a molécula de O 2 aplica-se o seguinte gráfico: E/kJ mol A r/ppm B A formação da molécula pode traduzir-se pelo seguinte esquema: + E A 0 kjmol EB 498kJmol

4 E E B E A E E 498 kj mol Energia libertada = -498 kj mol -1 Como o valor é negativo, conclui-se que na formação de uma molécula, a partir dos seus átomos constituintes, há libertação de energia. Relativamente à dissociação da molécula, esta pode traduzir-se pelo seguinte esquema: EB 498kJmol + E A 0 kjmol E E A E B E 0 ( 498) -1 E 498 kj mol Energia absorvida = +498 kj mol -1 Como o valor é positivo, conclui-se que na quebra de uma ligação há absorção de energia. Como conclusão final relativamente à formação e dissociação da molécula tem-se a seguinte igualdade: Energia libertada = Energia absorvida = Energia de ligação Sendo a energia de ligação da molécula: E ( O2) L 498 kj mol -1

5 EVOLUÇÃO DA ENERGIA POTENCIAL INTERNA DAS ESPÉCIES QUÍMICAS DURANTE UMA REAÇÃO QUÍMICA A evolução de uma reação exotérmica ou exo-energética pode traduzir-se através de um gráfico ou de um diagrama, como mostram as figuras: GRÁFICO DIAGRAMA DE ENERGIA A evolução de uma reação endotérmica ou endo-energética pode traduzirse através de um gráfico ou de um diagrama, como mostram as figuras: GRÁFICO DIAGRAMA DE ENERGIA

6 Para ambas as situações, entre a energia recebida pelo sistema reacional para a rutura de ligações (nos reagentes) e a energia libertada na formação de novas ligações (nos produtos de reação), é possível fazer um balanço energético. A energia de reação, que a pressão constante se denomina variação de entalpia e se representa por ), corresponde a esse saldo energético. Existem as seguintes situações possíveis: > 0 (), sendo a reação endotérmica. < 0 (), sendo a reação exotérmica. = 0, sendo a reação atérmica. EXEMPLO Para a reação de síntese do amoníaco: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Existe o seguinte diagrama de energia: E / kj mol -1 6 H(g) + 2 N(g) 3 H 2 (g)+n 2 (g) kj (dissociação) kj (ligação) = - 93 kj 2 NH 3 (g)

7 Sendo o balanço energético: Absorção de energia = 2253 kj E L (reagentes) Libertação de energia = kj - E L (produtos) Saldo energético = - 93 kj Deste balanço conclui-se que a variação de entalpia é igual à diferença entre a energia de ligação do reagentes, E L (reagentes), e a energia de ligação dos produtos, E L (produtos): = E L (reagentes) - E L (produtos) Esta expressão é válida para qualquer reação química.