AULA 2. - Petróleo, obtenção de combustíveis, destilação; - Funções orgânicas; - Reações de combustão; - Termoquímica; - Lei de Hess.

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1 AULA 2 - Petróleo, obtenção de combustíveis, destilação; - Funções orgânicas; - Reações de combustão; - Termoquímica; - Lei de Hess.

2 GLP Gasolina Parafina Asfalto

3 Destilação fracionada do petróleo: baseia-se nos diferentes pontos de ebulição dos hidrocarbonetos constituintes.

4 /watch?v=jazokmmh_i&feature=player_em bedded

5 Hidrocarboneto P.E. ( C) Fração C 1 C Gás natural e propano C 5 C Gasolina C 10 C Querosene e óleo combustível C 17 C 22 > 350 Lubrificante C 23 C 34 Sólido Parafina C 35 Sólido Asfalto Por que o P. E. aumenta com o aumento do número de carbonos??? Forças de London!!!!

6 Compostos formados por átomos de carbono e de hidrogênio. metano propano eteno (etileno) eteno (acetileno) iso-octano

7 Fórmulas estruturais: Fórmulas estruturais condensadas: Fórmulas moleculares: C 3 H 8 C 4 H 6

8 Classificação das cadeias carbônicas: - Saturada ou insaturada; - Homogênea ou heterogênea; - Aberta ou fechada; - Normal ou ramificada; - Alifática ou Aromática.

9 Possuem somente ligações simples entre carbonos. metano (CH 4 ) butano (C 4 H 10 ) hexano (C 6 H 14 ) ciclo-hexano (C 6 H 12 )

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11 Possuem ligações duplas ou triplas entre carbonos. eteno (C 2 H 4 ) 2,3-dimetil-butan- 1,3-dieno(C 6 H 10 ) etino (C 2 H 2 )

12 Eteno, C 2 H 4

13 Etino, C 2 H 2

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15 = = Nuvem deslocalizada de elétrons π =

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18 etanol

19 etano-1,2-diol (etilenoglicol)

20 propano-1,2,3-triol (glicerina)

21 colesterol

22 Nomenclatura usual: éter dietílico Nomenclatura IUPAC: etóxi-etano Pintura da primeira demonstração pública, em 1846, de cirurgia com anestesia com éter, no Hospital Geral de Massachusetts.

23 Nomenclatura usual: ácido fórmico Nomenclatura IUPAC: ácido metanoico

24 Nomenclatura usual: ácido acético Nomenclatura IUPAC: ácido etanoico

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27 Reação de Transesterificação Geriz R et al, Quimica Nova, 30 (2007) 1369

28 Produção de Biodiesel

29 Reação química com o oxigênio, acompanhada de transferência de energia, na forma de calor.

30 CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj 1 mol de CH 4 produz 890 kj de calor em 298K e 1 bar Mas... o que é mol???

31 Massas atômicas Definimos: a massa de 12 C = exatamente 12 u. Usando unidades de massa atômica: 1 u = 1,66054 x g 12 g = 6,02214 x u

32 QUANTIDADE DE MATÉRIA uma das 7 grandezas de base do sistema SI unidade: MOL MOL a quantidade de matéria de uma sistema que possui tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 kg de carbono 12. Devem ser especificadas: átomos, moléculas, elétrons, outras partículas ou agrupamentos especiais de tais partículas. QUAL É O NÚMERO DESTAS PARTÍCULAS? Constante de Avogadro: 6,02214x10 23 mol -1

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34 Massa Atômica (ou Molecular) X Massa Molar (M): São numericamente iguais, mas a unidade da massa molar é g/mol. MA do 12 C = 12 u 1 mol de 12 C = 12g M do C = 12 g/mol

35 um mol de um gás (CO 2 ) 44 gramas um mol de um líquido (H 2 O) 18 gramas um mol de um sólido (NaCl) 58,5 gramas

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37 Qual é a MASSA MOLAR dos seguintes átomos / moléculas? C 3 H 8 44 g.mol -1 NaOH 40 g.mol -1 O 2 32 g.mol -1 H 2 2 g.mol -1 CO 2 44 g.mol -1 Ar 40 g.mol -1 H 2 O 18 g.mol -1 HCl 36,5 g.mol -1 Au 197 g.mol -1 CuSO 4.2H 2 O 195,5 g.mol -1

38 A matéria não se perde em nenhuma reação química.

39 2H 2(g) + O 2 (g) 2H 2 O (l)

40 A equação química é uma representação de uma reação química. Ela apresenta: - os átomos que compõe os reagentes e produtos (e o estado físico em que se encontram); - a proporção estequiométrica em que se combinam e, consequentemente, a relação entre as massas molares envolvidas. ZnS (s) + 2 HCl (aq) ZnCl 2 (s) + H 2 S (g) Coeficientes estequiométricos

41 Balanço de massa ZnS (s) + 2 HCl (aq) ZnCl 2 (s) + H 2 S (g) Massas Molares ZnS = 97,5 g mol -1 97,5 g 73 g 170,5 g (2 x 36,5) 136,5 g 34 g 170,5 g HCl = 36,5 g mol -1 ZnCl 2 = 136,5 g mol -1 H 2 S = 34 g mol -1 Esta é a PROPORÇÃO em MASSA desta reação. Assim, o dobro da massa de ZnS (195,0 g) reagiria com o dobro da massa de HCl (146,0 g), formando o dobro de massa de cada produto. O mesmo raciocínio vale para a proporção em quantidade de matéria dos reagentes desta reação.

42 Passo 1: Escrever as fórmulas corretas para reagentes e produtos Passo 2: Balancear os átomos de C: Passo 3: Balancear os átomos de H Passo 4: Balancear os átomos de O 13 Passo 5: verificar o resultado

43 Massas Molares C 4 H 10 = 116 g mol -1 O 2 = 32 g mol -1 CO 2 = 44 g mol -1 H 2 O = 18 g mol -1 2 C 4 H 10(g) + 13 O 2(g) 8 CO 2 (g) + 10 H 2 O (l) 116 g (2 x 58) 416 g (13 x 32) 352 g (8 x 44) 180 g (10 x 18) 532 g 532 g

44 Lei da Conservação de Energia EP + EK = Energia Interna (E ou U) E Int. de um sistema químico depende do: Número de partículas Tipo de particula Temperatura Quanto maior T, maior será a Energia Interna Portanto, usa-se alterações em T ( T) p/ monitorar mudanças em E ( E).

45 Calor transferido E = q + w Variação de energia Trabalho realizado pelo sistema A energia é conservada!

46 Energia elétrica = energia luminosa + energia térmica

47 O calor é transferido da VIZINHANÇA para o SISTEMA. T sistema aumenta; T vizinhança diminui

48 O calor é transferido do SISTEMA para a VIZINHANÇA. T sistema diminui; T vizinhança aumenta

49 CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj 1 mol de CH 4 produz 890 kj de calor em 298K e 1 bar Variação da Entalpia ( H): diferença entre as quantidades finais e iniciais de H à pressão constante Entalpia (H): quantidade de calor de uma substância a pressão constante

50 CH 4(g) + 2 O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj 2CH 4(g) + 4O 2 (g) 2CO 2(g) + 4H 2 O (l) H = kj 2CO 2(g) +4H 2 O (l) 2CH 4(g) +4O 2 (g) H = kj

51 Substância Benzeno Carbono Etanol Etino (acetileno) Glicose Hidrogênio Metano Octano Propano Uréia Fórmula C 6 H 6(l) C (s, grafita) C 2 H 5 OH (l) C 2 H 2(g) C 6 H 12 O 6(s) H 2(g) CH 4(g) C 8 H 18(l) C 3 H 8(g) CO(NH 2 ) 2(s) H c o

52 Calorimetria a pressão constante Bomba calorimétrica (calorimetria de volume constante) usada p/ combustão

53 H = H final - H inicial H final > H inicial H final < H inicial H é positivo H é negativo ENDOTÉRMICO EXOTÉRMICO

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55 O calor liberado ou absorvido em uma reação depende dos estados físicos dos reagentes e produtos. CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + H 2 O (g) H = kj CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + H 2 O (l) H = kj

56 Depende de como se escreve a reação e dos estados físicos dos reagentes e dos produtos. H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g) H = -242 kj 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (g) H = -484 kj H 2 O (g) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H = +242 kj H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H = -286 kj A entalpia padrão de formação molar ( H fo ) é a variação de H para a formação de 1 mol de um composto diretamente a partir de substâncias simples no estado padrão. H fo = 0 para elementos ou moléculas (substâncias simples) no estado padrão.

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59 Dadas as medidas de entalpia padrão de formação, calcule a entalpia de combustão do metanol, H o comb. H fo (CH 3 OH): kj/mol; H fo (O 2 ): 0 kj/mol H fo (CO 2 ): kj/mol; H fo (H 2 O): kj/mol CH 3 OH (g) + 3/2 O 2(g) CO 2(g) + 2 H 2 O (g) H o comb= Σ H fo (produto) - Σ H fo (reagente) H o comb = H fo (CO 2 ) + 2 H fo (H 2 O) - {3/2 H fo (O 2 ) + H fo (CH 3 OH)} = ( kj) + 2 ( kj) - {0 + ( kj)} H o comb = kj por mol de metanol

60 Como é possível calcular o H de uma sequência de reacões?

61 Massa Molar de A Entalpia da Reação Massa de A Mols de A Calor

62 Se uma reação for executada em uma série de etapas, o H para a reação será igual à soma das variações de entalpia para as etapas individuais Função de Estado

63 CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H o =? CH 4(g) + 2 O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (g) 2H 2 O (g) 2H 2 O (l) H o = -802 kj H o = -88 kj CH 4(g) + 2O 2(g) + 2H 2 O (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) + 2H 2 O (g) H o = kj

64 Utilidade: Fornece um meio de se calcular as variações de energia que são difíceis de medir diretamente.

65 Ciclo de Born-Haber Serve para calcular a entalpia reticular envolvida na formação de um composto iônico, a partir da reação de um metal com um ametal.

66 - Como medir diretamente a entalpia de combustão do C para formar CO? (1) C (s) + O 2(g) CO 2(g) H = -393,5 kj (2) CO (g) + ½ O 2(g) CO 2 (g) H = -283,0kJ Utilizando-se esses dados, calcule a entalpia de combustão de C para CO: (3) C (s) + ½ O 2(g) CO (g)

67 Valor de combustão = a energia liberada quando 1 g de substância é queimada. 1 caloria nutricional, 1 Cal = 1000 cal = 1 kcal = 4,184 joules. A energia em nossos corpos vem de carboidratos e gorduras (principalmente).

68 Carboidratos são convertidos em glicose: C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2(g) 6CO 2(g) + 6H 2 O (l) H = kj E as gorduras: 2C 57 H 110 O 6(s) + 163O 2(g) 114CO 2(g) + 110H 2 O (l) H = kj Gorduras: contêm mais energia; não são solúveis em água; portanto são boas para armazenagem de energia

69 1) ATKINS, P., JONES, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, ) KOTZ, J. C., TREICHEL Jr., P., Química Geral e Reações Químicas, Vol. 1 e 2, 1 ed., São Paulo: Thomson Pioneira, ) BRADY, J., HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 2, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, ) BROWN, T.L., Le MAY Jr., H.E.; BURSTEN, B.E., Química - a Ciência Central, 9 ed., São Paulo: Pearson, ) BROWN, L. S., HOLME T.A., Química Geral Aplicada à Engenharia, São Paulo: Cengage, ) HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., BRADY, J., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 1, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, ) MAHAN, B.M., MYERS, R.J., Química um Curso Universitário, 4 ed., São Paulo: Ed. Blücher, ) MASTERTON, W.L., Princípios de Química, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, Conceitos que devem ser estudados: Petróleo; Obtenção de combustíveis (destilação); Hidrocarbonetos: alcanos, alcenos, alcinos, aromáticos; Funções orgânicas oxigenadas: álcool, éter, ácido carboxílico e éster; Reações de combustão; Termoquímica, Lei de Hess, cálculo de entalpia.