TERMOQUÍMICA. Prof. Neif Nagib.

Transcrição

1 TERMOQUÍMICA Prof. Neif Nagib

2 Os princípios fundamentais do calor e do trabalho se aplicam no estudo de uma reação química e nas mudanças do estado físico de uma substância.

3 Nesses fenômenos ocorrem transformações físicas e (ou) químicas envolvendo vários tipos de energia. As variações de energia, nas reações químicas, manifestam-se sob a forma de calor (geralmente) e luz liberada ou absorvida. A origem da energia de uma reação decorre basicamente, de um novo arranjo para as ligações químicas.

4 CONCEITOS IMPORTANTES CALOR - energia que flui de um sistema com temperatura mais alta para o outro com temperatura mais baixa. SISTEMA - tudo aquilo que se reserva do universo para estudo. ENERGIA QUÍMICA - trabalho realizado por um sistema através de reações químicas. ENERGIA - resultado do movimento e da força gravitacional existentes nas partículas formadoras da matéria. TRABALHO - deslocamento de um corpo contra uma força que se opõe a esse deslocamento.

5 PROCESSOS FÍSICOS

6 PROCESSOS QUÍMICOS REAÇÕES QUÍMICAS Na fotossíntese ocorre absorção de calor. luz 6 CO 2 + H 2 O C 6 H 12 O O 2 clorofila Na combustão do etanol ocorre liberação de calor. C 2 H 5 OH + 3 O 2 2 CO H 2 O

7 As reações podem ser de dois tipos: Quando envolve absorção de calor, denomina-se REAÇÃO ENDOTÉRMICA. (esfriam o ambiente). (ex: fotossíntese, cozimento de alimentos...) Quando envolve liberação de calor, denomina-se REAÇÃO EXOTÉRMICA. (aquecem o ambiente). (ex: processos de combustão, respiração animal..)

8 ENTALPIA ( H ) É o conteúdo energético de um sistema. Num sistema químico ocorrerá um variação de entalpia denominada de (ΔH ). onde teremos que : Hr = entalpia dos reagentes (inicial) Hp = entalpia dos produtos (final)

9 REAÇÃO ENDOTÉRMICA H = H p H r Considerando : H R < H P teremos o H > 0 A + B + CALOR C + D CH 4(g) C (gr) + 2H 2(g) H = + 17,9kcal/mol CH 4(g) + 17,9kcal/mol C (gr) + 2H 2(g)

10 REAÇÃO EXOTÉRMICA H = H p H r Considerando : H R > H P teremos o H < 0 A + B C + D + CALOR C (gr) + O 2(g) CO 2(g) H = 94,0 kcal/mol C (gr) + O 2(g) CO 2(g) + 94,0 Kcal/mol

11 EXEMPLOS DE REAÇÕES CH 4(g) C (grafite) + 2H 2(g) H = + 17,9 kcal/mol Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) H = + 267,0 kcal C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g H = 94,0 kcal/mol 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) H = 136,8 kcal/mol

12 Tipos de entalpia ou calores de reação. 1- Entalpia de formação (ΔH f ) É o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância no estado-padrão, a partir de substância simples. Ex: Formação da Amônia 1/2 N 2(g) + 3/2 H 2(g) NH 3(g) ΔH f = -286KJ

13 2 Entalpia de combustão (ΔH C ) É o calor liberado na queima de 1 mol de uma substância no estado-padrão. Queima do enxofre : S (s) + O 2(g) SO 2(g) ΔH = -78 KJ/mol Combustão do metano: CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (g) ΔH = kj/mol

14 Durante a digestão dos animais ruminantes ocorre a formação do gás metano (constituído pelos elementos carbono e hidrogênio) que é eliminado pelo arroto do animal. Por dia, cada cabeça de gado produz cerca de (50/365) kg de metano. Se fosse possível recolher essa quantidade de gás, poderia haver valiosa aplicação, uma vez que, na combustão total do metano é gerada energia térmica que poderia ser utilizada para aquecer água. Para calcular a variação de entalpia de combustão do metano, um estudante dispunha das entalpias-padrão de formação abaixo e realizou a combustão do Metano conforme a reação: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Calcule o valor encontrado, em kj/mol, para a combustão do CH 4.

15 Dadas entalpias-padrão de formação CH 4(g) + 2 O 2(g) CO 2(g) + 2 H 2 O (g) (-242) ΔH = H = H P - H R ΔH = [ (-242) ] - [ ] Resposta : H = kj/mol

16 CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA LEI DE HESS A entalpia de uma reação depende apenas dos estados iniciais e finais da reação, não depende dos estados intermediários, ou seja a reação é a mesma para uma ou mais etapas.

17 C (grafite) + 2 H 2(g) CH 4(g) ΔH =? (+ 1 ) I. C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) Δ H = - 94,05 kcal (+ 2 ) II. 1 H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l) Δ H = - 68,32 kcal (- 1 ) III. CH 4(g) + 2 O 2(g) CO 2(g) + 2 H 2 O (l) Δ H = - 212,87 kcal

18 C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) ΔH = - 94,05 kcal 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) Δ H = 2.(- 68,32) kcal CO 2(g) + 2 H 2 O (l) CH 4(g) + 2 O 2(g) Δ H = + 212,87 kcal C (grafite) + 2 H 2(g) CH 4(g) Δ H 4 = Δ H 1 + Δ H 2 + Δ H 3 Resposta : Δ H 4 = - 17,82 kcal

19 Entalpia de Ligação (ΔH L ) Energia necessária para o rompimento de um mol de ligações entre um dado par de átomos, no estado gasoso.

20 Energia fornecida para romper 1 mol de ligações entre dois átomos em um sistema gasoso a 25 ºC e 1 atm. Reagentes: processo endotérmico quebra de ligações Produtos: processo exotérmico formação de ligações H da reação = Calor absorvido na quebra das ligações presentes nos reagentes ( H>0) + Calor liberado na formação das ligações presentes nos produtos ( H<0)

21 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

22 O gás cloro (Cl 2 ), amarelo-esverdeado, é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com a água existente nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCl), um ácido forte capaz de causar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: Utilizando os dados constantes na tabela a seguir,

23 Marque a opção que contém o valor correto da variação de entalpia verificada, em KJ/mol. a) b) + 71 c) + 52 d) 71 e) Cl 2 + H 2 O HCl + HClO Cl - Cl + H - O - H H - Cl + H O - Cl Hr = Hp = H = H r + H p = H = + 71 KJ / mol

24 A redução das concentrações de gases responsáveis pelo efeito estufa constitui o desafio central do trabalho de muitos pesquisadores. Uma das possibilidades para o sequestro do CO 2 atmosférico é sua transformação em outras moléculas. O diagrama a seguir mostra a conversão do gás CO 2 em metanol.

25 Hr > Hp Hr > Hp Hr Hr < Hp Hp a) Indique as etapas endotérmicas e exotérmicas. Etapa endotérmica: II III Etapas exotérmicas: I II e III IV b) Calcule a variação da entalpia na conversão do CO 2 em metanol.

26 Ainda hoje, é muito comum as pessoas utilizarem vasilhames de barro (moringas ou potes de cerâmica não esmaltada) para conservar água a uma temperatura menor do que a do ambiente. Isso ocorre porque: a) o barro isola a água do ambiente, mantendo-a sempre a uma temperatura menor que a dele, como se fosse isopor. b) o barro tem poder de "gelar" a água pela sua composição química. Na reação, a água perde calor. c) o barro é poroso, permitindo que a água passe através dele. Parte dessa água evapora, tomando calor da moringa e do restante da água, que são assim resfriadas. d) o barro é poroso, permitindo que a água se deposite na parte de fora da moringa. A água de fora sempre está a uma temperatura maior que a de dentro. e) a moringa é uma espécie de geladeira natural, liberando substâncias higroscópicas que diminuem naturalmente a temperatura da água.

27 O pequeno produtor, ao transportar seus produtos para as feiras, pode utilizar o etanol como combustível no seu veículo. A cana-de-açúcar é uma fonte de sacarose, matéria-prima para a obtenção industrial desse combustível. A reação de fermentação da sacarose para a obtenção do álcool etílico pode ser representada pela equação: Partindo-se de uma quantidade de caldo de cana que contenha 684 g de sacarose e admitindo-se um rendimento de 80 %, calcule, em kj, a energia liberada na combustão do álcool etílico formado na reação, sendo o seu calor de combustão kj/mol.

28 A energia liberada na combustão do álcool etílico formado na reação é : a) b) c) d) e) Sacarose Álcool 342g g 684g X X = 368g do álcool Álcool Rendimento 368g % Y % Y = 294,4g do álcool Álcool Energia liberada 46g KJ 294,4g Z Z = KJ ou ΔH = KJ