TERMOQUÍMICA EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 1. O CALOR E OS PROCESSOS QUÍMICOS Termoquímica: Estudo das quantidades de energia, na forma de calor, liberada ou absorvida durante os processos de interesse da Química, tais como as mudanças de fase e as reações químicas. O conceito de calor Energia transferida entre dois corpos (ou entre diferentes partes de um mesmo corpo) que têm temperaturas diferentes. Há processos que liberam e outros que absorvem calor A. Processos exotérmicos (que liberam calor ) Ex.1: Água líquida num congelador perde calor para esse ambiente e em decorrência disso, ocorre o congelamento da água. Congelamento é um processo que libera calor. Ex.2: Queima de hidrogênio B. Processos endotérmicos (que absorvem calor ) (PUC RS) Considerando as transformações: Conclui-se que ocorre transformação endotérmica apenas em: a) I b) II c) III d) I e II e) II e III (Vunesp) Em uma cozinha, estão ocorrendo os seguintes processos: I. gás queimando em uma das bocas do fogão e II. água fervendo em uma panela que se encontra sobre essa boca do fogão. Com relação a esses processos, pode-se afirmar que: a) I e II são exotérmicos. b) I é exotérmico e II é endotérmico. c) I é endotérmico e II é exotérmico. d) I é isotérmico e II é exotérmico. e) I é endotérmico e II é isotérmico. Ex.1: Um pedaço de gelo deixado sobre a mesa receberá calor do ambiente e isso provocará o fusão do gelo. A transição da água sólida para a fase líquida é um processo que absorve calor. Ex.2: Decomposição do carbonato de cálcio CaCO 3 (s) + Q CaO(s) + 2 CO 2 (g) 123 123 144424443 Reagente Calor absorvido Produtos do meio ambiente Resumindo:
CALORIMETRIA: Estudo e medição das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durante os fenômenos físicos e/ou químicos. Unidades de quantidade de calor Cálculos envolvidos na calorimetria 1 cal = 4,18J 2. ENTALPIA E VARIAÇÃO DE ENTALPIA A variação de entalpia ( H) de um sistema informa a quantidade de calor trocado por esse sistema, a pressão constante. O sinal do H informa se o processo é exotérmico ( H < 0) ou endotérmico ( H > 0). Alguns químicos chamam H de calor de reação. Onde Q = mc θ (sem mudança de fase) A entalpia de um sistema é uma grandeza (expressa em unidade de energia) que informa a quantidade de m = massa da substância (g) c = calor específico da substância (cal/g. C) θ = variação de temperatura Calorímetros A) Calorímetro de água energia desse sistema que pode ser transformada em calor em um processo a pressão constante. Processo EXOTERMICO Sai energia do sistema H = H f - H r < 0 Entalpia final Entalpia inicial (depois da (antes da liberação de calor) liberação de calor) B) Calorímetro de Combustão Processo ENDOTERMICO Entra energia no sistema H = H f - H r > 0 Entalpia final Entalpia inicial (depois da (antes da absorção de calor) absorção de calor)
Variação de entalpia em uma mudança de fase Em palavras: Quando um mol de água líquida passa para a fase sólida, a pressão constante, o sistema perde 6,01 quilojoules de energia, ou seja o sistema sofre uma variação de entalpia de - 6,01 KJ. Em equação: H 2 O(l) H 2 O(s) Em gráfico: H = - 6,01 KJ/mol A. Processo químico exotérmico Em palavras: Quando um mol de hidrogênio gasoso reage, a pressão constante, com meio mol de oxigênio gasoso para formar um mol de água líquida, ocorre a liberação de 285,8 KJ de energia (na forma de calor) para o meio ambiente. Em equação: H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(l) + 285,8 KJ Calor liberado Convenção: Em equação H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(l) H = - 285,8 KJ/mol Em gráfico: Em palavras: Quando um mol de água sólida passa para a fase líquida, a pressão constante, o sistema recebe 6,01 quilojoules de energia, ou seja o sistema sofre uma variação de entalpia de + 6,01 KJ. Em equação: H 2 O(s) H 2 O(l) H = + 6,01 KJ/mol EXERCÍCIOS ESSENCIAIS Quando um mol de etanol (C 2 H 6 O, álcool comum) passa do estado líquido para o gasoso, ocorre absorção de 43,5 kj de calor. Represente esse processo por meio de uma equação acompanhada do respectivo valor de H. B. Processo químico endotérmico Em palavras: Quando um mol de óxido de mercúrio II sólido se decompõe, a pressão constante, em um mol de mercúrio líquido e meio mol de oxigênio gasoso, ocorre a absorção de 90,7 KJ de energia (na forma de calor) para o meio ambiente. Em equação: HgO(s) + 90,7 KJ Hg(l) + ½ O 2 (g) Calor absorvido Convenção: Em equação HgO(s) Hg(l) + ½ O 2 (g) H = + 90,7 KJ/mol Em gráfico: Variação de entalpia em reações químicas
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS Compressas instantâneas quentes e frias Construa um diagrama de entalpia que represente o seguinte processo: 2 HI(g) à H 2 (g) + I 2 (g) H = - 53,0 kj/mol Explique o significado da seguinte representação, que envolve o etanol (C 2 H 6 O, álcool comum): C 2 H 6 O(l) + 3 O 2 (g) à 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) H = -1367 kj/mol Atletas que sofrem problemas musculares durante as competições podem utilizar bolsas instantâneas quentes ou frias como dispositivos para primeiros socorros. Esses dispositivos funcionam mediante reações exo ou endotérmicas. Normalmente são constituídos por uma bolsa de plástico que contém água em uma seção e uma substância química seca em outra. Ao golpear a bolsa, a seção contendo água se rompe e a temperatura aumenta ou diminui dependendo da reação com a substância seca ser exo ou endotérmicas. Em geral, para compressas quentes usa-se cloreto de cálcio ou sulfato de magnésio, e, para compressas frias, nitrato de amônio. As reações são: Adicionando-se 40 g de CaCl 2 a 100 ml de água, a temperatura aumenta de 20 C para 90 C. Adicionando-se 30g de NH 4 NO 3 a 100 ml de água, a temperatura da água diminui de 20 C para 0 C. Tais bolsas atuam por 20 minutos, aproximadamente. Determine o H de cada reação acima usando os dados fornecidos.
3. EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA CURIOSIDADES É a equação química a qual acrescentamos a entalpia da reação e na qual mencionamos todos os fatores que possam influir no valor dessa entalpia. a) As quantidades de reagentes e produtos multiplicando por 2: dividindo por 2: b) O estado físico de todos os participantes c) A temperatura em que o processo ocorre Graficamente: d) A pressão em que o processo ocorre Praticamente não influi nos processos envolvendo sólidos e líquidos. Mesmo com gases só é perceptível a influência em pressões elevadíssimas (da ordem de 1000 atm). Não nos preocuparemos.
e) Variedade alotrópica, quando for o caso EXERCÍCIOS ESSENCIAIS Analise dos dados obtidos na combustão de C(gr) e C(d) Graficamente: Interpretando o gráfico Se a queima de 1 mol de C (d) libera mais energia do que a queima de 1 mol de C (gr), conclui-se que o C (d) é mais energético (menos estável) que o C (gr) (mais estável) Estabilidade das variedades alotrópicas do enxofre, do fósforo e do oxigênio ou graficamente