TERMOQUÍMICA 2007

1. TERMOQUÍMICA2007 Professores: Betinha / Marcos

2. Termoquímica Ciência que estuda as transferências de calor associadas a uma reação química ou a mudanças de estado físico de uma substância. Todas as transformações são acompanhadas por um efeito energético, onde ocorre a transferência de calor entre os participantes da reação química ou mudança de estado físico. Nesse capítulo estudaremos as transformações e o efeito energético que as acompanha. Esse efeito chama-se CALOR DE REAÇÃO.

3. Calor de reação Imagine a queima de uma vela, esta ocorre com liberação de energia na forma de luz e calor. Mas surge uma questão: Como medir a quantidade de calor que está envolvida nessa transformação? Existem aparelhos com os quais é possível realizar uma reação química com perda de calor nula ou desprezível. Nesses aparelhos, chamados CALORÍMETROS, pode-se determinar o calor de reação. Calor de reação é o nome dado à quantidade de calor liberado ou absorvido em uma reação química.

4. Unidades que vamos utilizar Unidades são as grandezas de medida utilizadas em termoquímica para expressar a quantidade de energia envolvida nas transformações. No S.I. (Sistema Internacional) 1kJ = 10 3 J Em alimentos kcal = 1 Cal = 1000 cal O mais comum em exercícios de vestibular é trabalhar em kJ, porém em alimentos encontramos expresso as calorias em kcal, que significa o mesma que 1000 calorias. Em nutrição, porém aparece a unidade Cal em letra maiuscula que equivale a kcal.

5. Conceitos importantes em termoquímica Vamos utilizar algumas simbologias da termoquímica para nos adequarmos a essa nova fase do nosso estudo. Entalpia (H) = conteúdo de energia de cada substância participante de uma transformação. Palavra de origem grega (enthalpein), que significa “aquecer”. Variação de entalpia (  H)= Toda transformação que ocorre à pressão constante (por exemplo em frascos abertos), o calor é exatamente igual à diferença entre a entalpia dos produtos e entalpia dos reagentes.  H = Hp - Hr Calor de reação

6.  H = Hp - Hr Variação de entalpia ( H) Equação fundamental da termoquímica. Hp= entalpia dos produtos, ou calor dentro dos produtos Hr= entalpia dos reagentes, ou calor contido nos reagentes Essa equação fornece dois resultados possíveis,  H > 0, para valores positivos e  H < 0, para valores negativos. Em função desses valores e dos tipos de transformações que podem ocorrer, existem dois tipos de processos : • Processos exotérmicos H < 0 • Processos endotérmicos H > 0

7. Processo Exotérmico Exotérmico, significa exo (fora), térmicos (calor) - calor para fora. No processo exotérmico o calor é cedido pelos reagentes para o meio ambiente, isso é percebido pelo aumento da temperatura. Um exemplo é, a queima de um combustível, ou papel. Essa energia é liberada na forma de calor, além da visível em forma de luz. Nas reações exotérmicas o sistema em reação apresenta uma diminuição da sua entalpia inicial (reagentes), pois uma parte da energia inicial é liberada para o meio ambiente e outra parte fica contida nos produtos que também têm sua energia. Hr > Hp

8. 1 H2(g) 1 H2(g) + + 1/2 O2(g) 1/2 O2(g) Exemplo de reação exotérmica A formação da água (H2O) a partir de seus elementos constituintes, gás hidrogênio (H2) e gás oxigênio (O2), representado pela reação abaixo: 1 H2O(l)  H = - 285,5 kJ  H = Hp - Hr Hp = produtos Hr = reagentes Essa mesma reação poderia ser escrita assim: + 285,5 kJ (calor liberado nos produtos) 1 H2O(l) Os reagentes ao se transformarem em produtos, liberam uma parte de sua energia para o meio ambiente, portanto eles tinham uma entalpia (energia) inicial maior que a dos produtos, comprovando o resultado negativo do  H, pois a Hr é maior que a Hp.

9. Processo endotérmico Endotérmico, significa endo (dentro), térmicos (calor) - calor para dentro. No processo endotérmico o calor é absorvido pelos reagentes. Esse calor absorvido é proveniente do meio ambiente. Isso é percebido pela diminuição da temperatura do meio externo. Um exemplo é, o cozimento dos alimentos. Eles (alimentos) precisam absorver o calor da chama através da panela para sofrerem alteração (cozinhar). Nas reações endotérmicas o sistema em reação apresenta um aumento da sua entalpia final (produtos), pois os reagentes absorvem energia do meio ambiente para dentro da reação, e essa energia absorvida fica contida nos produtos. Hp > Hr

10. Exemplo de reação endotérmica 1 Hg(l) 1 Hg(l) 1/2 O2(g) 1/2 O2(g) + + A decomposição do óxido de mercúrio (HgO), ocorre com absorção de energia na forma de calor, proveniente de uma chama de gás, produzindo mercúrio (Hg(l)) no estado líquido e liberando gás oxigênio (O2), representado pela reação abaixo: 1 HgO(s)  H = + 90,7 kJ  H = Hp - Hr Hr = reagentes Hp = produtos Essa mesma reação poderia ser escrita assim: 1 HgO(s) + 90,7 kJ Calor sendo absorvido pelos reagentes O reagente (HgO) ao se transformar em produtos, absorve energia do meio ambiente, e essa energia absorvida fica nos produtos , comprovando o resultado positivo do  H, pois a Hr é menor que Hp.

11. Conclusão : Quer dizer que para reconhecer um processo exotérmico ou endotérmico, devemos observar o valor do H ? Sim, mas não podemos esquecer que existe outra maneira também, vejamos: A + B  C + D  H < 0 A + B  C + D + calor A + B – calor  C + DProcesso EXOTÉRMICO A + B  C + D  H > 0 A + B  C + D - calor A + B + calor  C + DProcesso ENDOTÉRMCO Existe um outra maneira de representar as reações exotérmicas e endotérmicas. É através de gráficos que representam as transformações.

12. Processo Exotérmico 1 H2(g) + 1/2 O2(g) 1 H2O(l) H < 0 Sentido ou caminho da reação Reagentes Produtos  H = - 285,5 kJ (H) Entalpia do processo Hr > Hp 1 H2 + 1/2 O2 Hr Calor liberado para o meio ambiente H = -285,8 kJ 1 H2O(l) Hp Leitura e interpretação da reação: “Quando 1 mol de hidrogênio gasoso reage com ½ mol de oxigênio gasoso, eles liberam 285,8 kJ e se transformam em 1 mol de H2O líquida.

13. Processo Endotérmico 1 HgO(s) 1 Hg(l) + 1/2 O2(g) (H) Entalpia do processo H > 0 Sentido ou caminho da reação Reagentes Produtos  H = + 90,7 kJ Hp > Hr Hp 1 Hg+ 1/2 O2 Calor absorvido do meio ambiente H = + 90,7 kJ 1 HgO(s) Leitura e interpretação da reação: Hr “1 mol de HgO sólido, para sofrer decomposição, absorve 90.7 kJ de energia e se transforma em 1 mol de Hg líquido e ½ mol de O2 gasoso.

14. Aplicações da Termoquímica A termoquímica encontra várias aplicações práticas na nossa vida, vamos citar algumas delas:

15. Energia dos combustíveis Os combustíveis de forma geral, são compostos que através da sua combustão (queima) tem a finalidade de fornecer energia térmica (gás de cozinha), ou energia mecânica (motor dos automóveis), necessários para que ocorram outras reações como o cozimento dos alimentos ou o funcionamentos dos motores dos automóveis, ônibus, caminhões, máquinas, etc.

16. A energia para mover um Ônibus Espacial A energia necessária para mover o ônibus espacial é proveniente da liberação de energia na reação entre o H2 e o O2, formando H2O

17. 170 kcal/40 g 80 kcal/200 mL 400 kcal/100 g 110 kcal/20 g As calorias nos alimentos Quando nos alimentamos, estamos fornecendo energia ao nosso organismo, necessárias às funções vitais do nosso corpo. São as famosas calorias (kcal), encontradas nos rótulos dos alimentos.

18. As compressas frias e quentes As compressas frias e quentes, muito utilizadas por atletas quando sofrem contusão, auxiliam no alívio das dores locais após uma contusão, pois são compostos que tem características de efetuarem reações endotérmicas ou exotérmicas, conforme o composto usado. Compressas frias: usa-se nitrato de amônio (NH4NO3)  H = + 26,2 kJ Compressas quentes: usa-se cloreto de cálcio (CaCl2)  H = - 82,8 kJ

19. Os explosivos As características de um bom explosivo são: • decomposição rápida • decomposição muito exotérmica • Produtos gasosos, para exercer mais pressão.

20. As mudanças de Estado Físico As próprias mudanças de estado físico, são processos que absorvem ou liberam calor, conforme suas características. Absorve calor Endotérmica Libera calor Exotérmica

21. Equação Termoquímica A entalpia de um elemento varia de acordo com o estado físico, a pressão, a temperatura e a variedade alotrópica desse elemento. Logo, em uma equação termoquímica, devemos indicar: • A equação química devidamente escrita e balanceada; • os estados físicos dos participantes e, também as formas alotrópicas, caso existam; • a variação de entalpia (H) ; • a temperatura e a pressão nos quais a reação ocorreu; OBS: Quando uma substância encontra-se no seu estado físico mais comum ou na forma alotrópica mais estável a 25ºC (298K) e 1 atm (760mm Hg), esta situação é denominada ESTADO PADRÃO.

22. EXEMPLOS: 1 C (grafite) + 1O2(g) 1 CO2(g)H = - 394 Kj 25C (298K) 1 atm(760 mmHg) As três substâncias representadas na equação estão no Estado Padão. A equação termoquímica acima deve ser interpretada assim: A 25C e 1 atm, 1 mol de carbono grafite reagiu com 1 mol de gás oxigênio, produzindo 1 mol de gás carbônico e liberando 394 Kj de energia. OBSERVAÇÕES: Quando não são indicadas as condições em que ocorrem a reação, esta refere-se as condições ambiente, ou seja, 25C e 1 atm.

23. Fatores que influenciam o H de uma transformação. • 1 – Quantidade de reagentes e produtos. Dividindo ou multiplicando uma equação termoquímica por um número, o H da reação fica dividido ou multiplicado pelo referido número. • H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(g)H = - 57 kj • 2 H2(g) + 1 O2(g)2 H2O(g)H = - 114 kj (foi multiplicado por 2)

24. 2 – Estados físicos de reagentes e/ou produtos. A mudança de estado físico de um ou mais participantes da reação pode alterar o valor do H. H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(g)H = - 57 kj(gasoso) H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(l) H = - 68 kj (líquido) H2(g) + ½ O2(g) 1 H2O(s)H = - 70 kj (sólido)

25. (H) Entalpia do processo Sentido ou caminho da reação Representando o processo de formação da água em um diagrama. 1 H2 + 1/2 O2 Hr H = - 57 kj 1 H2O(g) Hp 1 H2O(l) H = - 68 kj Hp 1 H2O(s) H = - 70 kj Hp H(s) > H(l)>H(g) Energia na<energia na< energia na Fase sólidafase líquida fase gasosa

26. 3 – Estado alotrópico de reagentes e/ou produtos. • A mudança no estado alotrópico acarretará uma variação na entalpia da substância alterando assim o H do processo. C(grafite) + ½ O2(g) CO2(g)H = - 94 kj (carbono grafite) C(diamante) + ½ O2(g)  CO2(g)H = - 94,5 kj (carbono diamante)

27. Representando o processo de formação do gás carbônico a partir do Carbono Grafite e Carbono Diamente. (H) Entalpia do processo Sentido ou caminho da reação Reagentes Produtos 1 C(diamante)+ 1/2 O2 Hr H = - 94,5 kj 1 C(grafite)+ 1/2 O2 Hr H = - 94 kj 1 CO2(g) Hp

28. Tarefa para exercitar e aprender • Livro página 343 Exercícios 1066,1067,1068,1069,1073,1074 • Livro página 346 Exercícios 1076,1077,1078,1079,1080,1081,1082,1084,1085,1086.