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REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS UNIDADE 1 – QUÍMICA E INDÚSTRIA: EQUILÍBRIOS E DESIQUILÍBRIOS 1.2. – REACÇÕES QUÍMCIAS - ASPECTOS QUANTITATIVOS.

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1 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS UNIDADE 1 – QUÍMICA E INDÚSTRIA: EQUILÍBRIOS E DESIQUILÍBRIOS 1.2. – REACÇÕES QUÍMCIAS - ASPECTOS QUANTITATIVOS E BALANÇOS ENERGÉTICOS ESCOLA BÁSICA E SECUNDÁRIA DE VELAS Física e Química A – 11º ano Ano lectivo 2010/2011

2 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Primeira Lei da Termodinâmica ou Princípio da Conservação de Energia, afirma que a energia de um sistema isolado é constante. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

3 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Nos sistemas isolados: Numa reacção exotérmica há aumento de temperatura o que corresponde a um aumento da energia cinética; logo tem de haver uma diminuição da energia potencial. Numa reacção endotérmica há diminuição de temperatura o que corresponde a uma diminuição da energia cinética; logo tem de haver um aumento da energia potencial.

4 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Em sistemas fechados há troca de energia com o exterior, mas a soma da energia total do sistema com a energia do meio exterior é constante.

5 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 As trocas de energia com o meio exterior podem ser feitas sob a forma de calor – Q -, de trabalho – W -, e ainda de radiação – R-. Por convenção, tudo o que entra no sistema é positivo e tudo o que sai é negativo. Sistema Q >0 W >0 W< 0 Q < 0 Trocas de energia entre um sistema e o meio exterior sob a forma de calor (Q) e de trabalho(W).

6 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 A energia transferida como calor entre o sistema reaccional e o meio exterior, à medida que a reacção decorre e de modo a que a temperatura do sistema não se altera, designa-se por calor de reacção. Designa-se por calor de reacção, (Q), a uma dada temperatura, a quantidade de calor trocada entre o sistema e o meio exterior, necessária para que a temperatura do sistema depois da reacção seja a mesma que no início da reacção.

7 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Reacção exotérmica T1T1 T 2 > T 1 T1T1 Início da reacção - Q A temperatura do sistema aumenta Para que a temperatura fique igual à inicial, há saída de calor para o meio exterior.

8 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/ Q Início da reacção A temperatura do sistema diminui Para que a temperatura fique igual à inicial, há entrada de calor do meio exterior. Reacção endotérmica T1T1 T 2 < T 1 T1T1

9 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Para além da energia interna, existem outras funções termodinâmicas que podem definir o estado de um sistema, estando todas relacionadas entre si. Reacções que se realizam a volume constante, o calor da reacção define-se por Q V. Reacções que se realizam a pressão constante, o calor da reacção define-se por Q P ou variação de entropia ( H).

10 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 E Coordenada da reacção Reagentes Produtos da reacção H < 0 QPQP Numa reacção exotérmica, o sistema cede calor ao meio exterior.

11 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 E Coordenada da reacção Reagentes Produtos da reacção H > 0 QPQP Numa reacção endotérmica, o sistema recebe calor do meio exterior.

12 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Uma equação termoquímica especifica o valor do calor de reacção, H, correspondente a uma determinada temperatura. EXEMPLO 1: Reacção de síntese do amoníaco – reacção exotérmica: Esta reacção indica que por cada mole de moléculas de amoníaco formado se libertam 45 KJ de energia.

13 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 EXEMPLO 2: Reacção de síntese de monóxido de azoto – reacção endotérmica: Esta reacção indica que por cada mole de moléculas de monóxido de azoto formado é absorvida uma energia de 90,5 KJ de energia, a uma dada pressão.

14 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Na formação de uma ligação química há libertação de energia, chamada energia de ligação. Na quebra de uma ligação há absorção de energia, chamada energia de dissociação. Energia de ligação e energia de dissociação têm valores simétricos. Quanto mais forte é uma ligação química maior é a energia libertada quando essa ligação se forma e, consequentemente, maior será a energia absorvida na quebra dessa ligação.

15 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE RAEACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 O calor de reacção pode ser atribuído à variação de energia interna do sistema reaccional verificada aquando da quebra das ligações nos reagentes e da formação de novas ligações nos produtos da reacção. Exemplo da reacção de síntese de amoníaco

16 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Em suma: Existem dois factores que determinam se uma reacção é exotérmica ou endotérmica: As forças relativas das ligações medidas pelas respectivas energias de ligação, O número relativo de ligações quebradas e formadas. Nas reacções atérmicas ( H =0), a energia absorvida na quebra de ligações é igual à energia libertada na formação de ligações.

17 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E LILGAÇÕES QUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 PROPRIEDADES DAS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS 1 – Invertendo a equação, H muda de sinal; Exemplo: 2 – Multiplicando ou dividindo os coeficientes estequiométricos por um dado valor, H é também multiplicado ou dividido por esse mesmo factor; Exemplo: 3 - Se uma equação termoquímica resultar da soma de duas ou mais equações (etapas), então, o H da equação geral é igual à soma dos H das várias etapas. H global = H 1 + H 2 + … LEI DE HESS

18 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011 Segundo a Lei de Hess, o valor de H, para uma dada reacção global, é o mesmo quer a reacção seja directa ou se processe em etapas, ou seja, H de uma reacção só depende do estado inicial e do estado final do sistema. Exemplo de uma aplicação da Lei de Hess: Calcular o calor de reacção ( H) para a reacção de combustão de metano a partir das equações parciais 1, 2 e 3 abaixo indicadas: A equação química que traduz a reacção de combustão do metano é:


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