Colégio Estadual Professor Ernesto Faria. Subprojeto Pibid - Química UERJ. Termoquímica

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1 Colégio Estadual Professor Ernesto Faria Subprojeto Pibid - Química UERJ Termoquímica REAÇÕES ENDOTÉRMICAS E EXOTÉRMICAS Processo Exotérmico Libera calor para ambiente (vizinhança) Transmite sensação de aquecimento Processo Endotérmico Absorve calor do ambiente (vizinhança Transmite sensação de Frio Ex: Combustão do gás hidrogênio H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l)) + calor Ex: decomposição térmica do carbonato de cálcio. CaCO 3(s) + calor CaO (s) + CO 2(g) As mudanças de estado físico de um material também podem ser classificadas em processos endotérmicos e exotérmicos. Nesse sentido, como você classifica a fusão da água? E a condensação da água? DIAGRAMAS DE ENERGIA PARA REAÇÕES ENDOTÉRMICAS E EXOTÉRMICAS Reação endotérmica Reação exotérmica N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) E=Ep-Er > E=Ep-Er < 1

2 Obs: a variação de energia associada a um processo físico ou químico é medida usando-se um calorímetro. VARIAÇÃO DE ENTALPIA ( H) OU CALOR DE REAÇÃO Corresponde ao calor liberado ou absorvido em uma reação química realizada à pressão constante. H reação = H produtos - H reagentes Reação Exotérmica: Reação exotérmica Hp<Hr H< (seta para baixo) Calor liberado para vizinhança Reação Endotérmica: Reação endotérmica Hp>Hr H> (veja sentido da seta, para cima) Calor absorvido da vizinhança EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS Estado padrão de uma substância: Temperatura de 25ºC ou 298 K; pressão de 1 atm ou 1 5 Pa; estado físico em que a substância se encontra nesta condição de temperatura e pressão. Se for uma substância simples, o estado padrão corresponde a sua forma alotrópica mais estável. Entalpia padrão de formação de uma substância simples, H f. Por definição, toda substância simples no estado padrão tem entalpia padrão de formação igual a zero. 2

3 As substâncias simples: H 2(g), N 2(g), O 2(g), C (grafite), S rômbico, Fe (s), Hg (l), F 2 (g), Cl 2(g), Br 2(l) e I 2(s), na temperatura de 25ºC e a pressão de 1 atm, tem entalpia padrão igual a zero, H =. Entalpia de formação, ΔH f É o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância, a partir de substâncias simples, no estado padrão, 25ºC (298 K) e pressão de 1 atm (1 5 Pa). Entalpia padrão na formação de um mol de água líquida, ΔH f H 2 O (l) H 2(g) + 1/2 O (g) 1 H 2 O (l) ΔH f = 286 kj/mol ΔH f H 2 O (l) = H f H 2 O (l) (Hf H 2(g) ½ Hf O 2(g) ) = Hf H 2 O (l) = Hf H 2 O (l) Entalpia padrão de formação do ácido sulfúrico líquido, ΔH f H 2 SO 4(l) H 2 (g) + S rômbico + 2 O 2 (g) 1 H 2 SO 4 (l) ΔH f = 813,8 kj/mol ΔH f H 2 SO 4(l) = H f H 2 SO 4(l) = 813,8 kj/mol Generalizando, temos: A variação de entalpia da reação de formação de um mol de substância composta, a partir de substâncias simples, estando todas as substâncias no estado padrão, é igual à entalpia padrão de formação da substância composta. Como determinar a entalpia padrão de formação de uma substância, p. ex., do carbonato de cálcio, CaCO 3 (s), usando equações termoquímicas? A decomposição do carbonato de cálcio pode ser representada pela equação: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) ΔH reação = +177,5 kj/mol Na tabela, encontramos as seguintes entalpias padrão de formação: H f CaO (s) = 635,5 kj/mol H f CO 2 (g) = 394 kj/mol 3

4 Não encontramos a entalpia padrão de formação, H f, do CaCO 3 (s), no entanto esta pode ser determinada da seguinte maneira: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) ΔH reação = +177,5 kj/mol ΔH f CaCO 3 (s) =? ( 635,5) + ( 394) H f R H f P ΔH reação = H f P H f R ΔH reação = [(H f CaO (s) ) (H f CO 2 (g) )] [(H f CaCO 3 (s) )] +177,5 = [( 635,5) + ( 394)] [(H f CaCO 3 (s))] +177,5 = [ 635,5 394] H f CaCO 3 (s) H f CaCO 3 (s) = 129,5 177,5 H f CaCO 3 (s) = 1 27 kj/mol COMO CALCULAR A ENTALPIA DE UMA REAÇÃO USANDO VALORES DE ENERGIA DE LIGAÇÃO? A energia necessária para romper um mol de ligações covalentes (simples, dupla ou tripla) entre dois átomos, de modo a formar átomos isolados, no estado gasoso, é denominada energia de ligação. A expressão entalpia de ligação algumas vezes é usada como sinônimo de energia de ligação. H H (g) H (g) + H (g) ΔH = +436 kj A quebra de 1 mol de ligações H H absorve 436 kj Cl Cl(g) Cl(g) + Cl(g) ΔH = +242,6 kj A quebra de 1 mol de ligações Cl Cl absorve 242,6 kj/mol Para calcular a entalpia de uma reação usando valores de energia de ligação devemos considerar que a quebra de ligações químicas é um processo que requer energia (processo endotérmico) e que a formação de ligações químicas libera energia (processo exotérmico). Vejamos um exemplo do cálculo da ΔH de uma reação utilizando as energias de ligação. CH 4 (g) + 3 Cl 2 (g) HCCl 3 (g) + 3 HCl (g) ΔH =? Ligações rompidas Ligações formadas 4

5 4 C H = 4 (413,6) = 1653,6 kj 1 C H = 1 (413,6) = 413,6 kj 3 Cl Cl = 3 (242,6) = 727,8 kj 3 C Cl = 3 (327,2) = 981,6 kj 3 H Cl = 3 (431,8) = 1 295,4 kj Energia total requerida: Energia total liberada: ,4 kj - 269,6 kj Como a energia liberada é maior do que a absorvida, a reação será exotérmica, é o seu valor será: ,4kJ 2.69,6 kj = - 39,2 kj Assim, temos: CH 4 (g) + 3 Cl 2 (g) HCCl 3 (g) + 3 HCl (g) ΔH = - 39,2 kj 5