ENERGIA INTERNA SISTEMA ISOLADO. Quando ocorre uma reação química num sistema isolado podem existir três situações:

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1 ENERGI INTERN energia interna, cujo símbolo é U, define-se como sendo a soma das energias cinéticas dos átomos e moléculas que se encontram no interior de um sistema e das energias potenciais associadas às suas mútuas interações, isto é, é a energia total contida num sistema fechado. U = U C + U P U energia interna U C energia interna cinética U P energia interna potencial SISTEM ISOLDO Neste caso não existe variação de energia interna: ΔU = Quando ocorre uma reação química num sistema isolado podem existir três situações: 1ª) Reação exotérmica No decorrer da reação, a energia potencial interna diminui e a energia interna cinética aumenta, pelo que a temperatura do sistema aumenta. 2ª) Reação endotérmica No decorrer da reação, a energia potencial interna aumenta e a energia interna cinética diminui, pelo que a temperatura do sistema diminui. 3ª) Reação atérmica No decorrer da reação, a energia potencial interna, a energia interna cinética e a temperatura do sistema mantêm-se constantes.

2 SISTEM NÃO ISOLDO Neste caso existe uma variação da energia interna do sistema dada por (desprezando a radiação): ΔU = Q + W ΔU variação da energia interna Q calor W trabalho CLOR Q = m c ΔT m massa c capacidade térmica mássica ΔT variação de temperatura TRBLO F força W = F d d deslocamento Para um sistema reacional gasoso, a pressão constante, temos uma situação semelhante à da figura:

3 V i ΔV V f P área da base P pressão externa V i volume inicial V f volume final ΔV variação de volume d - deslocamento P F F P Substituindo na fórmula: Obtém-se: W F d W P d Por outro lado: V d V d (o sinal menos nesta fórmula deve - se a que V ) Substituindo: V W P W PV Substituindo o trabalho na expressão:

4 U Q W Obtém-se: U Q P V Pressão constante ENTLPI U PV entalpia U energia interna P pressão V - volume VRIÇÃO DE ENTLPI PRESSÃO CONSTNTE U PV ( U PV ) U ( PV ) Para, P, constante tem-se: ( PV ) PV Substituindo: U PV

5 RELÇÃO ENTRE Q E Δ PRESSÃO CONSTNTE U Q PV U PV U Q PV U PV Q Pressão constante VRIÇÃO DE ENTLPI PDRÃO OU ENTLPI PDRÃO variação de entalpia, Δ, é afetada pela temperatura, pressão e concentração das soluções e, por isso, usam-se condições-padrão de referência que são: Temperatura 298 K (25 C) Pressão 1 bar (1 atm) para gases Concentração 1 mol dm -3 para soluções Forma alotrópica mais estável a 25 C, para substâncias elementares. Existem tabelas para os valores de entalpia nestas condições, sob a notação de Δ e designados, de uma forma simplificada, por entalpia-padrão. FORMS LOTRÓPICS Estas formas de uma substância elementar são constituídas por átomos do mesmo elemento mas com ligações diferentes. Exemplo: diamante, grafite,. ENTLPI PDRÃO DE NEUTRLIZÇÃO, Δ n Uma reação de neutralização é representada pela equação: - O (aq) (aq) 2O( ) O valor da entalpia padrão de neutralização é: Δ n = - 57,3 kj mol -1

6 ENTLPI PDRÃO DE COMBUSTÃO, Δ c Corresponde à variação de entalpia que ocorre quando 1 mol de combustível é queimada em ambiente rico em oxigénio, nas condições padrão. Os valores padrão de Δ c encontram-se no anexo VI da página 43. O valor de Δ c de um combustível depende dos seguintes fatores: 1. Número de ligações na molécula que varia com o seu tamanho e é a razão pela qual os combustíveis com moléculas de cadeia carbonada mais extensa têm maior valor de Δ c. 2. Tipo de ligações envolvidas. Regra geral, quanto mais oxigenada for a molécula de um combustível, como acontece no caso dos álcoois e dos éteres, menor será a entalpia de combustão. Porém, isto não significa que sejam combustíveis mais pobres ; são menos poluentes que os hidrocarbonetos e oferecem um maior índice de octanas. ENTLPI PDRÃO DE FORMÇÃO, Δ f Corresponde à variação de entalpia quando se forma 1 mol de composto a partir das substâncias elementares, estando todas as substâncias intervenientes nas condições padrão. Daqui resulta que as entalpias de formação das substâncias elementares, na sua forma mais estável, são, por convenção, zero. Os valores padrão de Δ f encontram-se no anexo VI da página 42. Δ r CÁLCULO D ENTLPI PDRÃO DE REÇÃO, Δ r f ( produtos ) f ( reagentes )

7 ENERGIS DE LIGÇÃO E ENTLPIS DE REÇÃO Chama-se energia de ligação, entalpia de ligação ou, ainda, energia de dissociação, Δ d, à variação de entalpia que ocorre quando 1 mol de ligações de um determinado tipo é quebrada, num composto gasoso, nas condições padrão. Exemplo: Δ d ( ) = 436 kj mol -1 Os valores padrão de Δ d encontram-se na página 43. entalpia padrão de uma reação também se pode calcular pela fórmula: Δ r d ( reagentes ) d ( produtos ) FUNÇÕES DE ESTDO O valor de uma função de estado depende apenas do estado atual do sistema e não do modo como este foi alcançado. Um exemplo que se pode usar é o da altitude que um alpinista atinge numa montanha. Não importa se o alpinista sobe a montanha em linha reta ou serpenteada: a altitude alcançada é a mesma. Outros exemplos de funções de estado: energia interna, entalpia e entropia. LEI DE ESS Frequentemente é difícil, ou até mesmo impossível em muitas reações químicas, determinar experimentalmente a variação de entalpia de uma reação. Dado que a entalpia é uma função de estado, a variação de entalpia que ocorre quando os reagentes são transformados em produtos de reação é a mesma se a reação se processar em um ou vários passos. Esta afirmação traduz a Lei de ess. Dispondo das equações termodinâmicas dos vários passos, podemos encontrar a equação termoquímica da reação pretendida, aplicando a Lei de ess. Para isso, temos de aplicar as seguintes propriedades das equações termoquímicas: 1. Invertendo a equação, Δ muda de sinal. 2. Multiplicando ou dividindo os coeficientes estequiométricos por um dado fator, Δ é também multiplicado ou dividido por esse fator. 3. Quando se somam as equações termoquímicas, também se somam os respetivos calores de reação.