Entalpia. O trabalho realizado por esta reação é denominado trabalho de pressão-volume (trabalho PV)

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1 Entalpia As reações químicas podem absorver ou liberar calor e também podem provocar a realização de trabalho. Quando um gás é produzido, ele pode ser utilizado para empurrar um pistão: Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) O trabalho realizado por esta reação é denominado trabalho de pressão-volume (trabalho PV) Se Pressão é constante : w = -P ΔV ΔV positiva - w é negativo (realizado pelo sistema) 1

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3 A Entalpia, H, de um sistema é definida por: H = U + pv A espressão se aplica a qualquer sistema ou substância individual. A entalpia é uma propriedade extensiva. A entalpia molar é uma propriedade intensiva: H m = H/n Uma variação de entalpia surge devido à variação de energia interna e do produto pv. ΔH = ΔU + Δ(pV), A pressão constante temos: ΔH = ΔU + pδv A pressão constante, sem trabalho diferente do de expansão: ΔH = q p + w w = q p ΔH = q p Entalpia é uma função de estado. 3

4 A pressão constante e sem outro tipo de trabalho além do de expansão, podemos identificar a energia transferida como calor com a variação de entalpia do sistema A expressão relaciona a transferência de calor à pressão constante com uma função de estado 4

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6 Variação de entalpia com temperatura C p H T A capacidade calorífica à pressão constate informa como a entalpia muda com a mudança de temperatura à pressão constante. A diferença entre C p e C v é significativa para os gases que sofrem grandes mudanças de volume, quando aquecidos, mas é desprezível para a maioria dos sólidos e líquidos. C p C v = nr 6

7 Exemplo 4: Quando a temperatura de 100 g de água aumenta de 20ºC para 80ºC, a pressão constante, a entalpia da amostra varia de quanto? C p = 75,29 J/Kmol; n(h 2 O)= 5,55 mol 7

8 Transformação Física Por exemplo, mudanças estruturais de macromoléculas biológicas quando aquecidas ou resfriadas (desnaturação de proteínas) Definições: Fase: Estado específico da materia que se caracteriza pela uniformidade de composição e estado físico Transição de fase: Conversão entre duas fases de substância Estado padrão (condição padrão): (temperatura não faz parte da definição de estado padrão) 1 bar = 0,98692 atm (aprox.) condição normal: 1 atm = 1,01325 bar (exato). Água- T eb normal 100ºC, T eb padrão 99,6ºC 8

9 Vaporização: necessário calor para que a mudança ocorra. À pressão constante, a energia fornecida como calor, para a vaporização em condição padrão é a entalpia padrão de vaporização Para vaporizar 1 mol de água a 25ºC são necessários 44 kj/mol. Equação termoquímica: H O H O H 44kJ 2 ( l ) 2 ( g) vap / mol O inverso da vaporização é a condensação (fortemente exotérmica, -44 kj/mol H direto inverso H 9

10 Outra transição comum é a fusão. A variação de entalpia molar no processo de fusão sob condições padrão é denominada entalpia padrão de fusão. O processo inverso é o congelamento A entalpia de transição de um processo inverso é sempre o negativo da entalpia de transição do processo direto Conversão direta de sólido em vapor-sublimação. Processo inverso, deposição de vapor ou condensação. Entalpia padrão de sublimação Processo direto de sólido a vapor tem mesma variação de entalpia que processo indireto: fusão + vaporização (na mesma temperatura) 10

11 Exemplo 5: Calcule a entalpia padrão de sublimação do gelo a 0ºC a partir de sua entalpia padrão de fusão a 0ºC(6,01kJ/mol) e da entalpia padrão de vaporização da água a 0ºC (45,07kJ/mol). 11

12 Transformação Química Por exemplo, fermentação da glicose para fornecer etanol e CO 2. Entalpia de ligação: Fluxo de energia durante as reações químicas à medida que ligações são quebradas e formadas Entalpia de combustão: Fluxo de energia durante reação de combustão Consumo de combustíveis é resultado de uma combustão 12

13 Como converter ΔU em ΔH? H m =U m +pv m Para fases condensadas, o produto pv é muito pequeno e pode ser desprezado Para gases, pv m não pode ser desprezado mas pode ser substituído por RT: Δ c H=Δ c U+ Δ n(gás) RT 13

14 Combinação das entalpias de reação A entalpia de reação é a variação de entalpia associada a uma reação É a diferença entre as entalpias molares dos reagentes e dos produtos Ponderado pelo seu respectivo coeficiente estequiométrico Δ r H= ΣυH m(produtos) - ΣυH m(reagentes) Δ r Hº= ΣυHº m(produtos) - ΣυHº m(reagentes) Entalpia padrão de reação 14

15 Utilizamos a lei de Hess para predizer as entalpias de uma reação que não é conhecida A lei de Hess: se uma reação é executada em uma série de etapas, o H para a reação será igual à soma das variações de entalpia para as etapas individuais, consequencia de ser função de estado Por exemplo: CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) 2H 2 O(g) 2H 2 O(l) CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) H = -802 kj H = -88 kj H = -890 kj 15

16 Observe que: H 1 = H 2 + H 3 16

17 Exemplo 6: Calcule a entalpia padrão de fermentação da glicose a partir das entalpias de combustão da glicose (-2808kJ/mol) e do etanol (-1368 kj/mol). C 6 H 12 O 6(s) 2C 2 H 5 OH (l) + 2CO 2(g) Exemplo 7: A energia liberada como vapor na queima da glicina, em uma bomba calorimetrica é de 969,6 kj a 298,15 K. A partir da equação química e dos dados, calcule a entalpia de combustão. CH 2 (NH 2 )COOH (s) + 9/4 O 2(g) 2CO 2(g) +5/2H 2 O (l) + 1/2O 2(g) 17

18 Entalpias de formação Entalpia padrão de formação Δ f H : entalpia padrão, por mol da substância, para sua formação a partir dos seus elementos, no seu estado de referência. Estado de referência: estado mais estável nas condições vigentes Δ r H = υδh f (produtos) - υδh f (reagentes) A entalpia padrão de formação da forma mais estável de um elemento é zero. 18

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20 Exemplo 8: Use as entalpias-padrão de formação para calcular a entalpia de combustão da glicina sólida a CO 2(g), H 2 O (l) e N 2(g) Glicina: CH 2 (NH 2 )COOH CO = 2(g) -393,51 kj/mol H 2 O (l) = -285,83 kj/mol ΔH f = -528,5kJ/mol Exemplo 9: Dadas as equações termoquímicas: C 3 H 6(g) + H 2(g) C 3 H 8(g) C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (l) H 2 O (l) H 2(g) + 1/2O 2(g) ΔHº= -124 kj ΔHº= kj ΔHº= 286 kj Onde C 3 H 6 é o propeno e o C 3 H 8 o propano, calcular a entalpia padrão de combustão do propeno 20