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De onde vem a energia ? Combustíveis FósseisAlternativos Carvão Gás natural Petróleo bruto Hidrogénio Álcool Bioalcool biodiesel biogás.

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1 De onde vem a energia ? Combustíveis FósseisAlternativos Carvão Gás natural Petróleo bruto Hidrogénio Álcool Bioalcool biodiesel biogás

2 ENERGIA1.doc

3 ENERGIA ENTALPIA CALOR

4 ENERGIA

5 Variação de energia é a diferença entre a energia do estado final e a energia do estado inicial E = E final – E inicial

6 Por convenção : Qualquer energia que saia do sistema para exterior é negativa, o que significa que a energia final é menor que a energia inicial. Qualquer energia que entre para o sistema é positiva, o que significa que a energia final é maior que a energia inicial.

7 CALOR

8 A transferência de energia do exterior ou para o exterior é a causa do fenómeno a que chamamos calor. A quantidade de energia absorvida ou libertada numa reação química é chamada calor da reação Q.

9 Se a energia libertada na combustão de hidrocarbonetos ( como o metano ) for utilizada, sem perdas, para aquecer uma dada quantidade de água é possível calcular o valor da energia envolvida na combustão através da variação de temperatura sofrida pelo sistema quando isolado. As reações de combustão libertam energia que poderá ser aproveitada

10 Q cedido pela combustão = Q recebido pela água Q = c.m. T Q = energia disponibilizada na reacção ( J ) C = capacidade térmica mássica do sistema( J g -1 ºC -1 ) m = massa do sistema (em g ) T = variação de temperatura sofrida pelo sistema (considerado isolado)( em ºC ou K, a variação é igual )

11 ENTALPIA

12 Normalmente o calor da reação é medido em condições de volume e pressão constantes. Como grande parte das reações a nível biológico, ambiental e laboratorial não ocorrem a volume constante mas ocorrem a pressão constante ( normalmente à pressão atmosférica ), surge uma nova definição - ENTALPIA

13 Entalpia é uma grandeza cuja variação depende apenas do estado inicial e final do sistema e que se define como H = U + PV Energia interna pressão volume entalpia

14 Por não ser possível medir valores absolutos de entalpia, o que se mede numa reação química é a variação de entalpia, H, também designada por entalpia da reação. A variação de entalpia, H, é a quantidade de energia posta em jogo numa reação química a pressão constante,Q p. H = Q P

15 H 0 reação = n H 0 f ( produtos) - n H 0 f ( reagentes) n = nº de moles de cada reagente ou produto da reação H 0 reação = variação de entalpia padrão da reação ( recção nas condições padrão ) Condições padrão : Temperatura – 298K ( 25ºC) Pressão – 1bar (1 x 10 5 Pa) para gases Concentração – 1 mol/dm 3 para soluções Estado puro para sólidos e líquidos

16 C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O (g) Para a reação: H 0 reacção = [3 H 0 f (CO 2 ) + 4 H 0 f (H 2 O)] – [ H 0 f (C 3 H 8 ) + 5 H 0 f (O 2 ) ] H 0 f ( produtos) H 0 f ( reagentes) Um exemplo

17 Combustão do hidrogénio Liberta 241,8 KJ/mol H = - 241,8 KJ/mol

18 Combustão do metano

19 Para saber a variação de entalpia da reação é necessário calcular a energia disponibilizada como calor quando uma mol de combustível é queimado H = Q n

20 Os valores de entalpia padrão, associados a várias reações, estão tabelados. O conhecimento destes valores para alguns dos combustíveis mais usados é importante, pois permite avaliar o seu poder energético O poder energético pode ser avaliado através dos valores da energia produzida na combustão de 1Kg de combustível.

21 nº de átomos de carbono da cadeia quantidade de oxigénio da molécula posição do grupo funcional Associa-se o poder energético a três factores :

22 Nº de átomos de carbono na cadeia : Os hidrocarbonetos de cadeia mais carbonatada apresentam maior valor de H combustão

23 Quantidade de oxigénio da molécula : Substância Entalpia padrão de combustão KJ/mol Substância Entalpia padrão de combustão KJ/mol CH CH 3 OH -726 C2H6C2H C 2 H 5 OH-1368 C3H8C3H C 3 H 7 OH-2021 Os compostos oxigenados (com oxigénio) possuem menor valor de entalpia de combustão.

24 Como explicar ? Quando se faz a combustão de metano e de metanol, os produtos de combustão são os mesmos : CO 2 e H2OH2O

25 H = KJ/mol Há quebra de ligações C – H e O – O formação de ligações C – O e H – O Combustão do metano

26 Combustão do metanol Há também quebra de ligações C – H e O – O e formação de ligações C – O e H – O mas o metanol já tem uma ligação H – O na molécula, o que significa que é menos uma ligação que se forma, daí menor valor de energia libertada. H = KJ/mol

27 Posição do grupo funcional No caso dos álcoois, verifica-se que a posição do grupo funcional altera ligeiramente o valor da entalpia de combustão Álcoois secundários são mais estáveis que os álcoois primários. Para a formação de CO 2 e H 2 O têm que ser quebradas as ligações das moléculas iniciais, gastando-se tanto mais energia quanto mais estáveis estas forem. Propan-1-ol – ΔH = KJ/mol ( primário ) Propan-2-ol – ΔH = KJ/mol ( secundário )

28 Para a determinação de ΔH não interessa como se passa dos reagentes para os produtos, nem em quantas etapas ocorre, mas apenas qual a entalpia dos reagentes e a dos produtos.

29 A determinação de entalpia para reações que ocorrem em várias etapas e que são de difícil determinação experimental, pode ser feita através de cálculo por soma dos valores das entalpias tabeladas das reações parcelares.

30 A entalpia de uma reação é a soma da entalpia de todas as reações envolvidas entre o estado inicial e final. Lei de Hess

31 Uma aplicação da Lei de Hess : A conversão Resulta das etapas representadas pelas seguintes equações químicas : C (s) + 2H 2 (g) CH 4 (g) H = -75,3 KJ/mol C (g) + 2H 2 (g) CH 4 (g) H = -795,2 KJ/mol Re-arranjando as equações de modo a obter a equação desejada por soma destas, vamos inverter a 2ª equação C(s) C (g) H = ?

32 C (s) + 2H 2 (g) CH 4 (g) H = -75,3 KJ/mol CH 4 (g) C (g) + 2H 2 (g) H = +795,2 KJ/mol * C (s) C (g) H = +719,9 KJ/mol * Ao inverter a equação, o sinal da entalpia muda pois a reação inversa de uma reação exotérmica é uma reação endotérmica.


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