Aula 7 Entalpia e Lei de Hess

Transcrição

1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Departamento Acadêmico de Química e Biologia Aula 7 Entalpia e Lei de Hess Dr. Tiago P. Camargo

2 Entalpia Termodinâmica Num sistema de paredes rígidas V const. w = 0 (expansão) U q A Variação da energia interna = calor Monitorar a partir de um ΔT. Em química as reações ocorrem a P const. Definir uma função de estado que nos permita monitorar as mudanças de energia a P -> const levando em conta também perdas de energia pela realização de trabalho de expansão.

3 Entalpia Termodinâmica A função de estado que nos permite analisar mudanças de energia a P -> const. É chamada de Entalpia (H). Considerando um processo a Pressão constante, então: H U P V Se ΔU = q + w ; Podemos substituir na equação anterior: H q w P V Assumindo que o único tipo de trabalho possível é o de expansão: H q Pext V P V Já que o sistema é aberto Pext = P, e temos: H q

4 Entalpia H U P V H q Esta equação implica que o calor liberado/absorvido por reações químicas pode ser relacionado diretamente com a entalpia. (variação de energia) ΔU vs. ΔH (mudança da energia a P const. e V variável) ΔH (-) ΔH (+)

5 Entalpia Termodinâmica Quando uma reação libera calor Entalpia diminui Quando uma reação recebe calor Entalpia Aumenta Logo houve um decréscimo de 208 kj na reação Quando uma reação libera calor (ΔH < 0 ) Exotérmica Quando uma reação recebe calor (ΔH > 0 ) Endotérmica

6 Capacidade Calorífica a V e P const. A capacidade Calorífica é dada por: q C T Um aumento na temperatura assim como na capacidade Calorífica depende das condições em que essa variação ocorre já que uma parte desse calor é gasto em um trabalho de expansão em vez de aumentar a temperatura. Podemos redefinir C a volume constante como U Cv ( U q a volume const.) T Podemos redefinir C a volume constante como H Cp ( H q a pressão const.) T

7 Relação entre Cv e Cp A partir de um gás ideal, a entalpia é dada : H U P V H U nr T A capacidade Calorífica pode ser expressa como: H U nr T U Cp nr Cv nr T T T Dividindo por n, temos: C C R p, m v, m

8 Entalpias de Reações Químicas Todas a reação química é acompanhada de mudanças energéticas. Por exemplo: Equação termoquímica equação química mais a declaração da entalpia A energia liberada depende da quantidade, logo: Entalpia Função de estado (reversível)

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11 Relação entre ΔH e ΔU O calor medido a P const. E V const. São relacionados com diferentes funções de estado. Em reações em que há formação de gases H e U diferem significativamente. Hi Ui ni RT H f U f nf RT H H H U ( n n ) RT f i f i H U ngásrt Em reações em que há formação de gases o ΔH é mais positivo que ΔU porque menos energia é transmitida como calor já que uma parte é gasta em trabalho de expansão.

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14 Entalpia de Reação Padrão Sabendo-se que o calor transferido em uma reação depende do estado físico dos produtos/reagentes, deve-se sempre especificar os estados de cada substância. A entalpia de reação depende de suas condições (Pressão). Desta forma se padronizou um estado padrão para a comparação (ΔH o ) Estado padrão (ΔH o ) Todos reagentes/produtos puros e 1 bar de pressão. Geralmente dados termoquímicos são reportados a 25 o C (298 K) mas não fazem parte da definição de estado padrão

15 Lei de Hess Termodinâmica Sabendo-se que a entalpia é uma função de estado e é independente do caminho entre o estado final e inicial, o mesmo princípio se aplica em reações químicas. Lei de Hess: A entalpia total da reação é a soma das entalpias de reação que ela pode ser dividida. Ex. Reação em 2 etapas: A mesma idéia é usada para determinar entalpias de reação que não se pode medir diretamente em laboratório

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17 Exemplo 7.10 Quanto gás butano um mochileiro deve carregar? Calcule a massa de butano que você precisaria para obter 350 kj de calor, que é o necessário para aquecer 1 litro de água de 17 o C até a sua fervura (no nível do mar). A equação termoquímica é:

18 Encontrar a relação da mudança da entalpia com a quantidade de combustível a ser utilizado 5756 kj 2 mol C H 4 10 Converter o calor liberado em mols do combustível Use m = n x MM e a massa do butano para encontrar a massa do reagente

19 Entalpia Padrão de formação Muitas reações lista todas reações...? Entalpia padrão de formação é a entalpia de reação por mol da formação de uma substância a partir de seus elementos

20 Entalpia Padrão de formação Como usar as entalpias padrão de formação para calcular entalpias padrão de reação H n H n H o o ( prod ) ( reag ) Na expressão n é o número de mols e Σ é soma

21 Exemplo 7.11 Aminoácidos são pequenos blocos na construção de proteínas. Eles são oxidados no organismo a uréia, dióxido de carbono e água líquida. Seria esta a fonte de calor para o organismo? Use a informação da tabela para prever a entalpia padrão de reação para a oxidação do aminoácido mais simples, a glicina (sólida), para uréia (sólida), dióxido de carbono e água líquida: H n H n H o o ( prod ) ( reag )

22 Calculando a entalpia total de formação para os produtos Calculando a entalpia total de formação para os reagentes

23 A equação termoquímica pode ser escrita:

24 Teste 7.15ª - Calcular a entalpia padrão de combustão da Glicose a partir das entalpias de formação listadas na tabela 7.5 C H O 6O 6CO 6H O ( s) 2( g) 2( g) 2 ( g) H n H n H o o ( prod ) ( reag ) Resposta: kj