Balanços entálpicos com reacção

Transcrição

1 - Etalpia de eacçã - Variaçã de eergia resultate d rearraj das ligações etre s átms das mléculas durate decrrer duma reacçã química Eergia Eptecial + Eciética + Eitera (U) U Uº + Ulq + Uci Sem reacçã Ulq cstate Cm reacçã Ulq - Uci csiderad s restates terms cstates eacçã extérmica < pr cveçã Ulq < Ulq Uci > Uci em sistemas adiabátics a temperatura aumeta 1 / 13

2 eacçã edtérmica > pr cveçã Ulq > Ulq Uci < Uci em sistemas adiabátics a temperatura dimiui Existem duas alterativas de realizar balaçs etálpics evlved reacções químicas: - Alterativa 1 - A maeira d cmputadres (icluid ASEN). - Alterativa 2 - A maeira humaa. Alterativa 1 Estad de eferêcia átms islads e ifiitamete afastads A etalpia específica (pr uidade de massa) da espécie A é dada pr ˆ Cpd + A H fa ref ˆ 2 / 13

3 Ĥ fa - Etalpia de frmaçã da mlécula / espécie A a partir ds átms islads Haved váris cmpsts ttal i Cp i ( ref ) + ˆ i fi Em estad estaciári, quer haja u ã reacçã, balaç etálpic fica: etrada saida etrada Cp etrada ( ref ) + etrada f etrda saida Cp saida ( ref ) + saida f saida Alterativa 2 Estad de eferêcia mléculas A etalpia específica (pr uidade de massa) da espécie A é dada pr Ĥ A Cpd ref 3 / 13

4 Haved váris cmpsts Cp H ) ttal i i ( ref Balaçs etálpics cm reacçã Em estad estaciári, haved reacçã, balaç etálpic fica: etrada saida + Etalpia da reacçã Esta 1ª maeira pde ser calculada de três maeiras distitas: etalpia da reacçã pr mle de reagete ν f ν f 4 / 13

5 ν - ceficietes estequimétrics Este métd de cálcul é usad quad tems pucas reacções e checems as reacções 2ª maeira f f Este métd de cálcul pde ser usad quad tems várias reacções e ã checems as reacções. 3ª maeira saifsai etrafetra Este métd de cálcul é usad quad tems várias reacções e ã checems as reacções, muitas vezes assciad a balaç as átms. Se algum prdut ã reagir, u ã reagir cmpletamete, iss ã altera cálcul. Nta: A taçã e ã é uiversal, depede ds autres 5 / 13

6 Estad Stadard em ermquímica 25ºC 1 atm abs Estad de agregaçã é rmal a 25ºC e a 1 atm abs Ex: para a água é líquida - Etalpia stadard de reacçã f - Etalpia de frmaçã stadard etalpia de reacçã cm: - reagetes elemets - prduts cmpsts em questã - reagetes e prduts as cdições stadard A etalpia de frmaçã refere-se sempre a 1 mle de cmpst em estud É muit difícil bter-se as etalpias de frmaçã abslutas, etã, pr cveçã, fixaram-se as etalpias de frmaçã de algumas espécies cm zer e as restates btiveram-se pr difereça. 6 / 13

7 r cveçã, a etalpia de frmaçã stadard é ula para: - Mléculas gassas diatómicas ( ex : O2, N2., Cl2, etc) - Gases rars (ex: He, Ne, Ar, etc) - Elemets (ex: Na, K, Fe, etc) uad um elemet apreseta várias frmas altrópicas u cristalias apeas uma é referida à etalpia de frmaçã zer Ex: Grafite Cque Diamate Ex S rtrrômbic S mclíic f f 2,6 kcal / mle f,4532 kcal/ mle f f,71kcal / mle Obteçã de etalpias de frmaçã: - Valres tabelads - r cálcul a partir de valres de checids (lei de Hess) - r cálcul a partir de eergias de ligaçã 7 / 13

8 As tabelas icluídas as abelas de E vêm de: - erry s Chemical Egieers' Hadbk, 7th ed., erry,. H.; Gree, D.W. Edts., McGraw- Hill, 1997). - Huge, O. A.; Wats, K. M.; agatz,. A. "ricípis ds rcesss uímics": I: Balaçs Materiais e Eergétics", traduçã de F. Magalhães Ilharc, Livraria Lpes da Silva, rt, 1972), mas é precis ter cuidad a sua csulta. - Valres diverss tirads da Iteret Cm as tabelas d Huge é precis ter cuidad: - Estã traduzidas para prtuguês mas matêm. em vez de, à iglesa. - As tabelas estã pr rdem alfabética em iglês apesar da traduçã para prtuguês. 8 / 13

9 Nmeclatura Nas reacções químicas idica-se sempre estad de agregaçã das espécies, a temperatura e a pressã: CH 4( + H2O( l) CO( + 3H2( L Se ã se diz ada pressupõe-se 25ºC e 1 atm abs Se 25ºC etã H Leis da ermquímica Lei de Lavisier Laplace (1ª Lei) a eergia ecessária para decmpr um cmpst s seus elemets é igual à eergia da sua frmaçã a partir ds seus elemets Lei de Hess a variaçã de etalpia assciada a uma reacçã só depede, e estad de agregaçã fial e iicial e é idepedete da(s) reacçã(ões) químicas que crram. 9 / 13

10 Esta é lei de Hess resulta directamete da defiiçã de fuçã de estad da etalpia e é de grade aplicaçã em rcesss de Egeharia uímica Exempl: calcular H fh 2O( H O2( H O( ) fh 2O( l) 68,317kcal / mle 2( 2 l 25º H 2O( l) H 2O( C V 1,519kcal / mle H O 2 ( H O( ) fh 2O( 57,798kcal / mle 2 ( 2 g Balaçs etálpics cm reacçã química + E S u E + S (reacções extérmicas) 1 / 13

11 Estad de referêcia - 25ºC - 1 atm abs - Estad de agregaçã rmal Esclhe-se ref 25ºC e ã ref reacçã para se puderem usar s f tabelads, cas ctrári tem que usar a equaçã de Kirchff. Efeit da temperatura sbre a etalpia de reacçã Segud a lei de Hess +, 25,25 Substituid-se s Cp btem-se a equaçã de Kirchff + Cp d Cp d Válida se ã huver mudaça de fase. 11 / 13

12 Ns prblemas de E evlved reacções, s alus têm sempre a seguite dúvida: Na equaçã qual valr de a csiderar? Exempl: A + 2 B 2 C 1 mles + 2 mles 2 mles fa 5 kcal / mle ; fb 3 kcal / mle ; fc 6 kcal / mle 2 fc 2 fb fa kcal / mle kcal Ou, em alterativa: 1/2 A + B C 1 mles + 2 mles 2 mles 12 / 13

13 fc fb,5 fa 6 3,5 5 5 kcal / mle kcal Cclusã: O valr de a csiderar depede de cm fr escrita a equaçã da reacçã química e de cm fi calculad O valr de a csiderar é úmer de mles d reagete que tiver um ceficiete estequimétric igual a um. 13 / 13