- Exotérmico: ocorre com liberação de calor - Endotérmico: ocorre com absorção de calor

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1 Fala gás nobre! Tudo bem? Hoje vamos para mais um assunto de química: A termoquímica. Você sabia que as reações químicas absorvem ou liberam calor, e desta forma, ocorre uma troca de energia? Pois é, a termoquímica estuda justamente essas trocas de energia que são realizadas na forma de calor nas reações químicas (fenômeno químico) e nas mudanças de estado físico das substâncias (fenômeno físico). Nesse contexto, são dois os processos em que ocorre a troca de calor. Você sabe quais são eles? Eles são os processos: - Exotérmico: ocorre com liberação de calor - Endotérmico: ocorre com absorção de calor Então, gás nobre, em uma reação química cada substância apresenta uma quantidade de energia que é denominada entalpia, representado pela letra H. Mas como determinar a entalpia?

2 Bem, não é possível determinar a entalpia de cada substância. Na prática só épossível medir a variação da entalpia (ΔH) de uma reação, utilizando calorímetros. Essa variação corresponde a quantidade de energia liberada ou absorvida durante o processo eo cálculo da variação da entalpia é dado pela seguinte expressão: H = H final - H inicial ou H = H produtos - H reagentes Vimos que a variação está na diferença entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes! Agora vamos ver, como fica aentalpia desses produtos e reagentes nas reações exotérmicas e endotérmicas! Reações exotérmicas Ocorre a liberação de calor e, portanto, a entalpia dos produtos (H P ) é menor do que a entalpia dos reagentes (H R ): H produtos < H reagentes R P + calor H = H f H i (para descobrir qual a calor liberado) H R > H P H < 0

3 Reações endotérmicas Ocorre absorção de calor e, portanto, a entalpia dos produtos (H P ) é maior do que a entalpia dos reagentes (H R ): H produtos > H reagentes R + calor P H = H f H i (para descobrir qual a calor absorvido) H R < H P H > 0 Gás nobre, você viu que devido a impossibilidade de determinar a entalpia das substâncias, é preciso encontrar a variação da entalpia. Certo? Mas a variação da entalpia de uma reação vai depender de alguns fatores como: temperatura, pressão, estado físico, número de mol e da variedade alotrópica das substâncias envolvidas. Ok? Por essa razão, foi criado um referencial para fazermos comparações, que é a entalpia padrão, representada por H 0. Dessa forma, as entalpias são analisadas com a mesma condição (condição padrão ou estado padrão). E qual seria esse estado padrão, você sabe? O estado padrão de uma substância corresponde a sua forma mais estável, a 1 atm, a 25 C.

4 E por convenção foi estabelecido que: - As substâncias simples como: H 2(g), O 2(g), Fe (s), Hg (l), Cl 2(g), no estado padrão e na sua forma alotrópica mais estável (mais comum) apresentam H 0 = 0. Devido avariação da entalpia depender desses fatores citados acima, como a pressão e a temperatura, na equação termoquímica é preciso indicar: a variação de entalpia ( H); os estados físicos de todos os participantes, bem como, as variedades alotrópicas, caso existam; a temperatura e a pressão em que a reação ocorreu; o número de mol dos elementos participantes. Veja essa equação, por exemplo: 1C graf + 1O 2(g) 1CO 2(g) ΔH = 394 kj a 25ºC e 1atm Viu gás nobre, que avariação de entalpia édenominada entalpia ou calor de reação. Entretanto, alguns nomes são específicos para alguns tipos de reação, como: de formação, de combustão, de neutralização etc. Vamos ver agora quais são os tipos de entalpia de reações. :D Entalpia de formação São aquelas em que ocorre a formação (síntese) de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples, no estado padrão com H=0. A variação de entalpia nessas reações pode receber os seguintes nomes: entalpia de formação, calor de formação, ΔH de formação ou entalpia padrão de formação.

5 Olha esse exemplo da equação termoquímica da formação da água, indicando o valor de ΔH: Água líquida (H 2 O (l) ) H 2(g) + 1/2O 2(g) 1H 2 O (l) ΔH = 286 kj/mol Mas de onde veio o valor da variação da entalpia? Gás nobre, normalmente os valores das entalpias de formação são apresentados em tabelas, veja: Mas vamos calcular o valor da entalpia de 1 mol de H 2 O: ΔH = H Produtos H Reagentes -286 kj/mol = H H2O (H H2 + H 1/202 ) -286 kj/mol = H H2O 0 H H2O = -286 kj/mol Como já sabemos o valor de ΔH e que aentalpia dos reagentes é igual a zero (pois são substâncias simples e no estado padrão), o valor da entalpia de 1 mol de água éigual a variação de entalpia da reação de formação, ou seja, -286 kj/mol. Lembre-se que: ΔH de formação = H da substância

6 Logo, a entalpia da água é a sua entalpia de formação. OK? Outra informação importante é que normalmente não é dado a pressão e a temperatura da reação, pois admite-se que ela ocorreu no estado padrão, ou seja, a pressão constante de 1atm e a 25ºC. Entalpia de combustão São aquelas em que uma substância é denominada combustível e reage com o gás oxigênio (O 2 ), que é denominado comburente. Esse tipo de reação é sempre exotérmica. Sendo assim, as reações de combustão apresentam ΔH<0. A variação de entalpia na combustão completa pode ser denominada: entalpia de combustão, ΔH de combustão, calor de combustão ou entalpia padrão de combustão Entalpia de combustão é a energia liberada na combustão completa de 1 mol de uma substância no estado padrão. Lembrando, gás nobre que quando os combustíveis são formados por carbono, hidrogênio e oxigênio, os produtos das reações (combustões completas) serão sempre CO 2(g) e H 2 O (l). Vamos ver um exemplo da combustão completa do álcool etílico (C 2 H 6 O): C 2 H 6 O (l) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2 O (l) ΔH = 1368 kj/mol Pela equação, podemos concluir que na combustão completa de 1 mol de C 2 H 6 O (l) ocorre a liberação de 1368 kj. Logo, a entalpia de combustão do C 2 H 6 O (l) é kj/mol

7 Entalpia de neutralização Como você já deve saber, a neutralização é a reação que ocorre entre o íon H +, proveniente de um ácido, e o íon OH, proveniente de uma base, formando H 2 O. Quando essa reação acontece entre um ácido e uma base fortes totalmente dissociados, ocorre a liberação de 13,8 kcal (= 57,7 kj) a cada 1 mol de H 2 O (l) formado. Veja esse exemplo: 1HCl (aq) + 1NaOH (aq) 1H + (aq) + 1Cl - (aq) + 1Na + (aq) + 1OH - (aq) 1Na + (aq) + 1Cl - (aq) + 1H 2 O (l) 1H + (aq) + 1OH - (aq) 1H 2 O (l) ΔH = 57,7 kj Então, a entalpia de neutralização é o calor liberado na formação de 1 mol de H 2 O (l), a partir da reação entre 1 mol de H + (aq) e 1 mol de OH (aq) nas condições padrão. Lembrando que nas reações de neutralização sempre ocorre liberação de calor ΔH<0. Energia de ligação Em todas as reações químicas ocorre a quebra das ligações existentes nos reagentes e formação de novas ligações nos produtos. Mas como ocorre essa quebra? Bem, para que ocorra a quebra de ligação dos reagentes é necessário fornecimento de energia, sendo assim esse é um processo endotérmico. Já na formação das ligações dos produtos, ocorre a liberação de energia, que é um processo exotérmico. O valor da energia absorvida na quebra de uma ligação é igual ao da energia liberada na sua formação. No entanto, a energia de ligação é referente a quebra de ligações.

8 Contudo, temos que aenergia de ligação éaenergia absorvida na quebra de 1mol de ligações, no estado gasoso, a 25 ºC e1atm. Ok? A tabela a seguir mostra os valores médios de algumas entalpias de ligação em KJ/mol. Veja esse exemplo: H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (H-H) (Cl-Cl) 2(H-Cl) +436,0 +242,6 2.(431,8) +678KJ (absorvido) -862KJ (liberado) ΔH = +678KJ + (-862KJ) ΔH = -184KJ ( reação exotérmica ) Nesse caso, a energia liberada émaior que aabsorvida, portanto a reação será exotérmica. Ok? Bom gás nobre, agora que você viu os tipos de entalpia de reações, vamos falar de uma lei que se tornou muito importante na Termoquímica!

9 Perceba que até agora utilizamos a valor de ΔH para realizar os cálculos eencontrar a entalpia das substâncias. Entretanto, algumas reações químicas não podem ter seu ΔH determinado experimentalmente. Sendo assim, a entalpia desse tipo de reação pode ser calculada por meio das entalpias de outras reações, que são as reações intermediárias. E você sabe qual a lei que determinou isso? Foi a lei de Hess! Lei de Hess De acordo com a lei, o valor da variação de entalpia de uma determinada reação química será sempre o mesmo, independentemente do modo como ela érealizada. Isso significa que o ΔH depende somente dos valores das entalpias dos reagentes e dos produtos, conforme a expressão: H = H reagentes + H produtos Por exemplo, nessa reação a seguir, 1 mol de água (H 2 O) é transformado em água no estado gasoso. Essa reação pode ocorrer por dois caminhos diferentes, veja: 1º: Foi realizada em uma única etapa: H 2 O (l) H 2 O (g) ΔH= +44 kj 2º: Foi realizada em duas etapas: 1ª etapa: H 2 O (l) H 2(g) + ½ O 2 (g) ΔH= +286 kj 2ª etapa: H 2(g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) ΔH= -242 kj H 2 O (l) H 2 O (g) ΔH= +44 kj

10 Ao somar as entalpias do segundo caminho, obtemos o mesmo resultado da primeira equação. ΔH = ( (-242)) kj ΔH = ( ) kj ΔH = +44 kj Sendo assim, independentemente de ter realizado uma ou duas etapas, a variação da entalpia (ΔH) é igual a44 kj. Isso ocorre pois o ΔH éasoma algébrica dos valores de ΔH das etapas que compõem o processo, ou seja, dos processos intermediários. Portanto, apenas nos interessam os valores inicial e final. Nesse caso, oestado inicial corresponde a H 2 O (l) e o final a H 2 O (g). Obs: - Quando uma equação termoquímica é multiplicada por um determinado valor, seu ΔH também será multiplicado pelo mesmo valor. - Quando uma equação termoquímica for invertida, o sinal de seu ΔH também será invertido. Tudo certo gás nobre? Vamos agora resolver alguns exercícios para vestibulares:

11 Questão 01 - (FUVEST SP) O monóxido de nitrogênio (NO) pode ser produzido diretamente a partir de dois gases que são os principais constituintes do ar atmosférico, por meio da reação representada por N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) Δ H = +180 kj O NO pode ser oxidado, formando o dióxido de nitrogênio (NO 2 ), um poluente atmosférico produzido nos motores a explosão: 2NO (g) + O 2(g) 2NO 2(g) Δ H = 114 kj. Tal poluente pode ser decomposto nos gases N 2 e O 2 : 2NO 2(g) N 2(g) + 2O 2(g). Essa última transformação a) libera quantidade de energia maior do que 114 kj. b) libera quantidade de energia menor do que 114 kj. c) absorve quantidade de energia maior do que 114 kj. d) absorve quantidade de energia menor do que 114 kj. e) ocorre sem que haja liberação ou absorção de energia.

12 RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS Somando as duas primeiras equações termoquímicas: N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) ΔH1 = +180 kj 2NO (g) + O 2(g) 2NO 2(g) ΔH2 = 114 kj N 2(g) + 2O 2NO ΔH =? 2(g) 2(g) Pela Lei de Hess, ΔH = ΔH1 + ΔH2 = = +66 kj. Logo, como a equação de decomposição de NO 2 é oposta a equação acima: 2NO 2(g) N 2(g) + 2O 2(g) ΔH = 66 kj Trata-se de uma transformação exotérmica que libera energia menor que 114 kj. Letra B Para assistir a resolução do exercício clique no link:

13 Questão 02- (UNESP SP) Entre as formas alotrópicas de um mesmo elemento, há aquela mais estável e, portanto, menos energética, e também a menos estável, ou mais energética. O gráfico, de escala arbitrária, representa as entalpias ( Δ H) do diamante e grafite sólidos, e do CO 2 e O 2 gasosos. a) Sabendo-se que os valores de Δ H 1 e Δ H 2 são iguais a 393 e 395 kj, respectivamente, calcule a entalpia ( Δ H) da reação: C(grafite) -> C(diamante). Indique se a reação é exotérmica ou endotérmica. b) Considerando-se a massa molar do C=12g/mol, calcule a quantidade de energia, em kj, necessária para transformar 240g de C(grafite) em C(diamante).

14 RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS a) Utilizando o gráfico fornecido, temos que: H 2 = H 1 + H 395kJ = 393kJ + H H = 2kJ C(diamante) C(grafite) H = 2kJ C(grafite) C(diamante) H = + 2kJ Portanto, a transformação do grafite em diamante é endotérmica. b) C(grafite) C(diamante) H = + 2kJ absorvem 12g 2kJ 240g x x = 40kJ Para assistir a resolução do exercício clique no link: