Aula 8 Termoquímica: Transformações Químicas

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1 Aula 8 Teoquíica: Tansfoações Quíicas Vaiações da entalia adão Aoa vaos entende as vaiações de entalia associadas às eações quíicas A entalia da eação deende das condições estados dos eaentes, estados dos odutos, da essão e da teeatua sob as quais a eação ocoe Os quíicos achaa, então, que seia conveniente tabula os seus dados aa u conjunto de condições adões na teeatua de sua escolha: ba 0 5 Pa O estado adão de ua substância é a substância ua na essão exata de O estado físico e, quando aoiado, a fase sólida ecisa se esecificados tabé, ois odeos fala dos estados adões das fases sólida, líquida e asosa da substância A teeatua não faz ate da definição do estado adão No entanto, é convencional tabula os dados teoquíicos a 98,5 k 5 º, e esta seá a teeatua que ieos utiliza de aoa e diante, salvo enção e contáio Quando esceveos ө e ua equação teoquíica, see queeos dize que a vaiação de entalia ocoe co os eaentes e seus estados adões se tansfoando e odutos, tabé e seus estados adões Po exelo, da equação teoquíica: + O Ol ө -57 kj sabeos que, quando es de, na foa de hidoênio asoso uo a ba, se cobina co de O, na foa de oxiênio asoso uo a ba, foando de O, na foa de áua líquida ua a ba, tudo na teeatua de 5 º, a entalia do sistea decesce de 57 kj, ou seja 57 kj de calo são libeados aa as vizinhanças essão constante 89

2 Ua eação uito cou é a eação de cobustão, a eação coleta de u coosto, na aioia dos casos u coosto oânico, co oxiênio, coo na cobustão do etano na chaa do ás natual: 4 + O O + Ol ө -890 kj A entalia adão de cobustão, c ө, é a vaiação de entalia adão o da substância cobustível Aluns valoes tíicos de entalia adão de cobustão ode se encontados na tabela abaixo: Note que c ө é ua quantidade a, obtida ela divisão do valo de c ө elo núeo de es do eaente consuido As entalias de cobustão são noalente edidas e ua boba caloiética, u disositivo e que o calo é tansfeido a volue constante oo já discutios nas aulas anteioes, o calo tansfeido a volue constante é iual à vaiação de eneia intena, U, e não da entalia, Paa convete a vaiação de eneia intena e vaiação de entalia deveos obseva que a entalia a de ua substância está elacionada co a sua eneia intena a o U + V Paa fases 90

3 condensadas, o oduto V é tão equeno que ode se desezado Paa ases, tatados coo efeitos, o oduto V é escito coo RT Potanto, se na equação quíica a difeença odutos eaentes nos coeficientes estequioéticos das esécies e fase asosa é v ás, odeos esceve: U + v RT 9 c c ás Exelo : O calo libeado na queia da licina e ua boba caloiética é 969,6 kj -, a 98,5 K, loo c U -969,6 kj - A equação quíica aa a eação é: Veos que c c c v ás 9 5 N OOs + O O + O l + N cu + RT 4 969,6kJ 969,0kJ 4 Potanto, 969,6kJ + 0,6kJ + 4 8,345J K 98,5 K obinação das entalias de eação Muito fequenteente a eação ela qual estaos inteessados não te a sua entalia de eação tabelada Entetanto, o se a entalia ua função de estado, odeos obte o valo desejado a ati de entalias de eações conhecidas Já nos deaaos co u caso siles, onde a entalia de subliação foi obtida coo a soa das entalias de fusão e de vaoização A única difeença é que, aoa, vaos alica a esa técnica a ua seqüência de eações quíicas O ocediento é esuido ela lei de ess: A entalia adão de ua eação é a soa das entalias adões das eações nas quais a eação lobal ode se dividida 9

4 Aesa de o ocediento te o status de ua lei, ele é aenas ua conseqüência de se a entalia ua função de estado, o que ilica ode exessa a vaiação de entalia de da eação lobal coo a soa das vaiações de entalia de cada etaa de u cainho indieto que conduz à eação desejada As entalias individuais não ecisa, necessaiaente, se eações factíveis, ou seja, eações que ossa se ealizadas e laboatóio Elas ode se eações hiotéticas, desde que as equações que desceve o ocesso fique coletaente balanceadas ada etaa deve coesonde à esa teeatua que a eação lobal Exelo : Alicação da lei de ess Duas equações teoquíicas h ө -4 kj O 3O + 4 Ol c ө -0 kj onde 3 6 é o oeno e 3 8 é o oano, calcule a entalia adão de cobustão do oeno Res: O 3O + 3 O l c ө Podeos foa essa equação teoquíica a ati da seuinte seqüência: + h ө -4 kj O 3O + 4 O c ө -0 kj 3 8 l O l + O d ө +86 kj 9 Global: O 3O + 3 O l c ө -058 kj Loo a entalia adão de cobustão do oeno é iual a -058 kj - 9

5 3 Entalias adões de foação A entalia adão de eação, ө, é a difeença ente as entalias aes dos eaentes e dos odutos, co cada teo ondeado elo seu esectivo coeficiente estequioético, v, na equação quíica: v odutos v eaentes 9 A entalia adão de eação é a vaiação de entalia do sistea quando os eaentes e seus estados adões uos, essão de ba, são coletaente convetidos e odutos e seus estados adões uos, essão de ba, sendo essa vaiação exessa e quilojoules o da eação, coo ela está escita O oblea co tal definição é que não teos coo sabe os valoes das entalias absolutas das substâncias Paa evita esse oblea, odeos iaina que a eação ocoe o ua via indieta, na qual os eaentes são inicialente faentados e seus eleentos e os odutos são, então, foados a ati dos eleentos Definios, então, a entalia adão de foação, f ө, de ua sustância coo a entalia adão o da substância aa a sua foação a ati dos seus eleentos e seus estados de efeência O estado de efeência de u eleento é a sua foa ais estável nas condições vientes 93

6 Exelo3: A entalia de foação da áua líquida a 5 º, é obtida da equação teoquíica: l + O O ө -86 kj o a intodução das entalias adões de foação, odeos esceve: ө v f ө odutos - v f ө eaentes 93 O ieio teo do lado dieito é a entalia de foação de todos os odutos a ati de seus eleentos; o seundo teo é a entalia de foação de todos os eaentes a ati de seus eleentos O fato de a entalia se ua função de estado sinifica que a entalia da eação calculada dessa foa é idêntica ao valo que odeia te sido calculada ela equação: v odutos v eaentes, se disusésseos das entalias absolutas de cada aticiante da eação Os valoes de aluas entalias de foação a 5 º estão listados na tabela 38 A entalia adão de foação de u eleento e seu estado de efeência é zeo, o definição, ois a sua foação coesonde à eação nula eleento eleento Entetanto, a foação de u eleento e ua fase difeente não é zeo: s,afita s,diaante ө +,895 kj Potanto aesa de f ө s,afita 0, f ө s,diaante +,895 kj 94

7 Exelo 4: Alicação das entalias adões de foação alcule a entalia adão de cobustão do benzeno líquido a ati das entalias de foação dos eaentes e dos odutos da eação Res: A equação quíica é: Seue-se então que: 5 l + O 6O + 3 O 6 6 l ө {6 f ө O, + 3 f ө O, l} { f ө 5 6 6, l + f ө O, } 95

8 ө { 6 393,5kJ ,83kJ } {49,0 kj + 0} ө -368 kj - Ua inseção na equação quíica osta que, o exelo, o o que dize o de 6 6, que é exataente o que necessitaos aa a entalia de cobustão Loo, a entalia de cobustão do benzeno líquido é -368 kj - oostos que tê entalias adões de foação neativas tais coo a áua são classificados coo coostos exotéicos, oque te ua entalia ais baixa que os seus eleentos coesondentes oostos co entalias adões de foação ositivas são ditos coostos endotéicos, ois ossue entalia ais alta que os seus esectivos eleentos 36 Vaiação da entalia de eação co a teeatua É cou o caso e que disoos de dados teoquíicos e ua teeatua, as desejaos esses esos dados e outa teeatua E tabalhos de ecisão deve-se faze todos os esfoços aa edi a entalia de eação na teeatua de inteesse, as é conveniente te ua foa de estia a dieção da vaiação de entalia e até eso u valo nuéico elativaente confiável aa essa vaiação A fiua abaixo osta a técnica que vaos utiliza: 96

9 oo sabeos, a entalia de ua substância auenta co a teeatua; otanto, tanto a entalia total dos eaentes quanto a entalia total dos odutos auenta co a teeatua, coo ostado na ilustação acia Ua vez que o auento de entalia é desiual aa eaentes e odutos, a entalia adão da eação a difeença ente as duas entalias encionadas vaia co a teeatua A vaiação da entalia de ua substância deende do coeficiente anula do áfico da entalia vesus a teeatua, otanto, a caacidade caloífica das substâncias a essão constante Podeos então esea que a deendência da entalia de eação co a teeatua esteja elacionada à difeença ente as caacidades caloíficas dos odutos e dos eaentes oo u exelo siles, considee a eação: + O Ol onde a entalia adão da eação é conhecida e ua ceta teeatua o exelo, a 5 º, elas tabelas fonecidas nesse texto Pela equação 9, odeos esceve: ө O, l {, + O, } aa a eação a teeatua T Se essa eação ocoe a ua teeatua ais alta, T, a entalia a de cada substância que aticia da eação auenta, ois ais eneia é aazenada, e a entalia adão da eação se tona: ' ' {, + O, } ' ' O, l aa a eação a teeatua T onde a linha indica o valo da nova teeatua O auento da entalia a de ua substância é dado o:, T, onde, é a caacidade caloífica a essão constante da substância e T T - T é a difeença de teeatua Po exelo, a entalia a da áua se altea aa: ', O, l O, l + O, l T 97

10 Quando substituíos teos coo esse na exessão eal, obteos: ' + T 94 onde: {, O, }, O, l, +, Obseve que essa cobinação te a esa foa que a de ua entalia de eação, e que os coeficientes estequioéticos tabé aaece de foa seelhante E eal, é a difeença ente as soas das caacidades caloíficas dos odutos e dos eaentes, ondeadas elos coeficientes estequioéticos coesondentes: v, odutos - v, eaentes 95 A equação 94 é a lei de Kichhoff Atavés dela vaos veifica que a entalia adão de ua eação, e ua dada teeatua, ode se obtida da entalia adão da esa eação e outa teeatua, se conheceos as caacidades caloíficas a essão constante de todas as substâncias que aticia da eação A obtenção da lei de Kichhoff essuõe que as caacidades caloíficas são constantes na faixa de teeatua de inteesse; a lei funciona elho se a vaiação de teeatua é equena no áxio de aoxiadaente 00K Exelo 5: Alicação da lei de Kichhoff A entalia de foação da áua asosa, a 5 º, é -4,8 kj - estie o seu valo a 00 º Res: A equação quíica é: + O O 98

11 99 As caacidades caloíficas, a essão constante, da O; do e do O são: 33,58 JK - - ; 8,84 JK - - ; e 9,37 JK - - esectivaente Seue-se que: { } { },,, 9,95 9,37 8,84 33,58,,, + + K J K J K J K J O O Então sendo T +75K, obteos da equação 94: ' ' ' ' 4,57 0,75 4,8 75 9,95 4,8 + + kj kj kj K K J kj T Ou seja, odeos veifica que a eação é leveente ais exotéica e teeatua ais alta

12 Execícios Lista 7 onsidee todos os ases coo efeitos, a enos que exista ua infoação e contáio Todos os dados teoquíicos são a 98,5 K º U ojeto eficiente de lantas industiais aa ocessos quíicos deende da habilidade do ojetista e estia e usa o calo oduzido e ua etaa do ocesso aa alienta u outo ocesso A entalia adão da eação: N + 3 N 3 é 9, kj Qual é a vaiação de entalia quando a,00 de N é consuido? b,00 de N 3 é foado? º O etano é descatado o queia e laa escala ao sai dos oços de etóleo, ois é abundante e de uso coecial uito estito Ele seia u bo cobustível? A entalia adão da eação 6 + 7O 4O + 6 O é 30 kj a Qual é a entalia adão de cobustão do etano? b Qual é a vaiação de entalia quando 3,00 es de O são foados na eação? 3º As entalias adões de foação são encontadas co facilidade, as ecisaos, uitas vezes, das entalias adões de cobustão A entalia adão de foação do etilbenzeno é -,5 kj - alcule a sua entalia adão de cobustão 4º As eações de cobustão são elativaente fáceis de see ealizadas e estudadas, e os esultados obtidos ode se cobinados aa fonece valoes de entalias de outos tios de eação oo ua ilustação, calcule a entalia adão de hidoenação do cicloexeno a cicloexano, sabendo-se que as entalias adões de cobustão dos dois coostos são -375 kj - cicloexeno e kj - cicloexano 5º A entalia adão de cobustão do naftaleno é 557 kj - alcule sua entalia adão de foação 6º Quando se queia 30 de naftaleno, 0 8 s, e ua boba caloiética, a teeatua se eleva de 3,05 K alcule a constante do caloíeto De quanto a teeatua se elevaá na cobustão de 00 de fenol, 6 5 Os, no eso caloíeto e nas esas condições? 7º As esevas de eneia da licose são da aio iotância na deteinação de ocessos etabólicos Quando 0,3 de licose são queiados e ua boba caloiética de caacidade caloífica 64 JK -, a teeatua sobe de 7,793K alcule a A entalia adão de cobustão; b A eneia intena adão de cobustão; c A entalia adão de foação da licose 8º alcule a entalia adão de dissolução do ABs e áua co os dados de entalias adões de foação do solido e dos íons e solução aquosa 00

13 9º A entalia adão de decoosição do colexo aaelo N 3 SO e N 3 e SO é +40 kj - alcule a entalia adão de foação do N 3 SO 0º A entalia adão de cobustão da afita é -393,5 kj - e a do diaante é - 395,4 kj - alcule a entalia da tansição s,afita s,diaante Resostas º -46, kj º a -560 kj - ; b -340 kj - 3º -4564,7 kj - 4º -84,8 kj - 5º + 78,6 kj - 6º 0,77 K 7º a,8 x 0 3 kj - ; b,8 x 0 3 kj - ; c -,8 x 0 3 kj - 8º 84, kj - 9º kj - 0º +,9 kj - 0