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ÁLCOOL OU GASOLINA ? OU TERMOQUÍMICA A QUÍMICA DOS EFEITOS ENERGÉTICOS.

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Apresentação em tema: "ÁLCOOL OU GASOLINA ? OU TERMOQUÍMICA A QUÍMICA DOS EFEITOS ENERGÉTICOS."— Transcrição da apresentação:

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2 ÁLCOOL OU GASOLINA ? OU

3 TERMOQUÍMICA A QUÍMICA DOS EFEITOS ENERGÉTICOS.

4 OS PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DO CALOR E DO TRABALHO SE APLICAM, NO ESTUDO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA E NAS MUDANÇAS DO ESTADO FÍSICO DE UMA SUBSTÂNCIA.

5 pilha OBSERVE OS FENÔMENOS

6 NELES,OCORREM TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS E (OU) QUÍMICAS ENVOLVENDO VÁRIOS TIPOS DE ENERGIA, INCLUSIVE ENERGIA TÉRMICA.

7 Energia e Química 2 H 2 (g) + O 2 (g) --> 2 H 2 O(g) + calor e luz Pode ser usada para fornecer ENERGIA ELÉTRICA em uma célula a combustível. Oxidação: 2 H 2 ---> 4 H+ + 4 e- Redução: 4 e- + O 2 + 4H+ ---> 2 H 2 O

8 Energia e Química ENERGIA é a capacidade de realizar trabalho ou transferir calor. CALOR é a forma de energia que flui entre dois objetos devido à sua diferença de temperatura. Outras formas de energia Outras formas de energia luz luz elétrica elétrica Cinética e potencial Cinética e potencial

9 Energia Potencial e Cinética Energia Potencial e Cinética Energia Potencial – energia que um corpo estático possui devido à sua posição. energia que um corpo estático possui devido à sua posição. Energia cinética energia do movimento Energia cinética energia do movimento

10 Energia Potencial em Escala Atômica Partículas positivas e negativas (íons) se atraem. Dois átomos podem se ligar À medida que as partículas se atraem, sua energia potencial diminui NaCl composto por íons Na+ e Cl-

11 Energia Interna (E) EP + EC = Energia Interna (E ou U) EP + EC = Energia Interna (E ou U)

12 Energia Interna (E) Quanto mais alta a temperatura, maior a energia interna Quanto mais alta a temperatura, maior a energia interna Portanto, usamos variações de T (T) para monitorar variações em E (E). Portanto, usamos variações de T (T) para monitorar variações em E (E).

13 Termodinâmica Termodinâmica é a ciência da transferência de calor (energia) Energia térmica é associada aos movimentos moleculares. Calor é transferido até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.

14 Direcionalidade da Transferência de Calor Calor é sempre transferido do objeto mais quente ao mais frio. EXO térmico: O calor é transferido DO SISTEMA para a VIZINHANÇA T(sistema) diminui T(viz) aumenta

15 Direcionalidade da Transferência de Calor Calor é sempre transferido do objeto mais quente ao mais frio. ENDO térmico: calor é transferido DA VIZINHANÇA para o SISTEMA. T(sistema) aumenta T (viz) diminui

16 CALOR - energia que flui de um sistema com temperatura mais alta para o outro com temperatura mais baixa. SISTEMA - tudo aquilo que se reserva do universo para estudo. ENERGIA QUÍMICA - trabalho realizado por um sistema através de reações químicas. ENERGIA - resultado do movimento e da força gravitacional existentes nas partículas formadoras da matéria. TRABALHO - deslocamento de um corpo contra uma força que se opõe a esse deslocamento. CONCEITOS IMPORTANTES

17 SISTEMA ABERTO SISTEMA ABERTO

18 SISTEMA FECHADO SISTEMA FECHADO

19 SISTEMA ISOLADO SISTEMA ISOLADO

20 ENTALPIA ENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA SOB PRESSÃO CONSTANTE, RESUMIDAMENTE, PODEMOS DIZER QUE É O CONTÉUDO DE CALOR DA SUBSTÂNCIA. ENERGIA INTERNA ENERGIA ACUMULADA POR UMA SUBSTÂNCIA SOB VOLUME CONSTANTE.

21 O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃO É DENOMINADO CALORIMETRIA. O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É DENOMINADO CALORÍMETRO.

22 CALORIA é a quantidade de energia necessária para aumentar de 1ºC a temperatura de 1 g de água. JOULE é a quantidade de energia necessária para deslocar uma massa de 1kg, inicialmente em repouso, fazendo percurso de 1 metro em 1 segundo. 1 cal = 4,18 J 1 kcal = 1000 cal 1 kJ = 1000 J

23 EFEITOS ENERGETICOS NAS REAÇÕES QUÍMICAS EFEITOS ENERGETICOS NAS REAÇÕES QUÍMICAS 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 LUZ CLOROFILA GLICOSE Na fotossíntese ocorre absorção de ENERGIA Na combustão do etanol ocorre liberação de ENERGIA ETANOL

24 A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇAS TÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS * quando envolve liberação de calor, denomina-se REAÇÃO EXOTÉRMICA. *

25 Quando envolve absorção de calor,denomina-se REAÇÃO ENDOTÉRMICA.

26 EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA É a representação de uma reação química em que está especificado: * o estado físico de todas as substâncias. * o balanceamento da equação. * a variação de calor da reação ( H ). * as condições físicas em que ocorre a reação, ou seja, temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm é o comum) * variedade alotrópica quando existir. Segue alguns exemplos...

27 REAÇÃO EXOTÉRMICA 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) H= – 20,2 kcal 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) + 20,2 kcal REAÇÃO ENDOTÉRMICA Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) H= + 267,0 kcal Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) 267,0 kcal

28 REAÇÃO EXOTÉRMICA 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) H = – 20,2 kcal 2 C (s) + 3 H 2(g) C 2 H 6(g) + 20,2 kcal REAÇÃO ENDOTÉRMICA Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) H = + 267,0 kcal Fe 3 O 4(s) 3 Fe (s) + 2 O 2(g) 267,0 kcal OBSERVE OS SINAIS OBSERVE OS SINAIS

29 CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA A + B C + D HRHR HP HP H P ENTALPIA PRODUTO H R ENTALPIA REAGENTE H VARIAÇÃO DE ENTALPIA H = H P - H R

30 A + B C + D + CALOR REAÇÃO EXOTÉRMICA A + B + CALOR C + D REAÇÃO ENDOTÉRMICA HRHR HRHR HP HP HP HP

31 H P ENTALPIA PRODUTO H R ENTALPIA REAGENTE H VARIAÇÃO DE ENTALPIA Não esqueça:

32 HRHR HPHP A + B C + D + HRHR HPHP > ENTÃO HRHR HPHP = + REAÇÃO EXOTÉRMICA O SENTIDO DA SETA SERÁ SEMPRE DO REAGENTE PARA O PRODUTO CAMINHO DA REAÇÃO H< 0

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34 HPHP HRHR A + B + C + D HpHr > ENTÃO Hr Hp = + REAÇÃO ENDOTÉRMICA O SENTIDO DA SETA SERÁ SEMPRE DO REAGENTE PARA O PRODUTO CAMINHO DA REAÇÃO H> 0

35 A + B C + D + CALOR REAÇÃO EXOTÉRMICA A + B + CALOR C + D REAÇÃO ENDOTÉRMICA

36 H = H (PRODUTOS) – H (REAGENTES) Se H R H P H > 0 Se H R > H P H < 0 REAÇÃO ENDOTÉRMICA REAÇÃO EXOTÉRMICA

37 * Convencionou-se entalpia zero para determinadas substâncias simples, em razão de não ser possível medir o valor real da entalpia de uma substância. * Foram escolhidas condições-padrão para estabelecer medidas relativas. * Terá entalpia zero qualquer substância simples que se apresente nos estados físico e alotrópico mais comum, a 25ºC e 1atm de pressão. OBS.:

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39 * A forma alotrópica menos estável tem entalpia maior que zero.

40 Observe a reação de formação (síntese ) de um mol de água, a 25ºC e 1 atm de pressão. H 2(g) + 1/2O 2(g) H 2 O (g) Cálculo da entalpia de formação: H = H (produtos) - H (reagentes)

41 H = H (produtos) – H (reagentes) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g ) H = ? H = Hº H 2 O (l) – ( Hº H 2 (g) + 1/2 Hº O 2(g) ) Hº H 2 (g ) = Hº O 2(g) = zero H = Hº H 2 O (l) Hº H 2 O (l) = – 68,4kcal/mol COMO e ENTÃO H = – 68,4kcal/mol

42 H = H (produtos) – H (reagentes) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g ) H = ? H = Hº H 2 O (l) – ( Hº H 2 (g) + 1/2 Hº O 2(g) ) Hº H 2 (g ) = Hº O 2(g) = zero H = Hº H 2 O (l) Hº H 2 O (l) = – 68,4kcal/mol H = – 68,4kcal/mol

43 H = H (produtos) – H (reagentes) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g ) H = –68,4kcal/mol H = Hº H 2 O (l) – ( Hº H 2 (g) + 1/2 Hº O 2(g) ) Hº H 2 (g ) = Hº O 2(g) = zero H = Hº H 2 O (l) Hº H 2 O (l) = – 68,4kcal/mol H = – 68,4kcal/mol

44 CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA LEI DE HESS A entalpia de uma reação depende apenas dos estados iniciais e finais da reação, não depende dos estados intermediários, ou seja a reação é a mesma para uma ou mais etapas. Ex. 1 - Cálculo da entalpia da reação de formação do gás carbônico: C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) H = ? kcal/mol

45 OBSERVE AS EQUAÇÕES: C (grafite) + 1/2O 2(g) CO (g) H = – 26,4kcal/mol CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) H = – 67,6kcal/mol

46 EFETUAMOS A SOMA ALGÉBRICA DAS MESMAS. 1ª etapa: C (grafite) + 1/2O 2(g) CO (g) H 1 = – 26,4kcal/mol 2ª etapa: CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) H 2 = – 67,6kcal/mol H = – 94,0kcal/mol CONCLUINDO H = H 1 + H 2 H = – 94,0kcal/mol Note que os termos semelhantes em membros opostos se anulam. Etapa final: C (grafite) + O 2(g) CO 2(g)

47 1ª etapa : C (grafite) + 1/2O 2(g) CO (g) H 1 = -26,4kcal/mol 2ª etapa : CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) H 2 = -67,6kcal/mol Etapa final: C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) H = -94,0kcal/mol Observe que o processo é puramente algébrico.

48 1ª etapa : C (grafite) + 1/2O 2(g) CO (g) H 1 = -26,4kcal/mol 2ª etapa : CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) H 2 = -67,6kcal/mol Etapa final: C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) H = -94,0kcal/mol Observe que o processo é puramente algébrico. H = H 1 + H 2 = -94,0kcal/mol

49 Ex 2 - Dadas as equações: C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g) H 1 = – 94,0kcal/mol 68,4kcal/mol H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H 2 = – 68,4kcal/mol C (grafite) + 2H 2(g) CH 4(g) H 3 = – 17,9kcal/mol Calcular a entalpia da reação: CH 4(g) +O 2(g) CO 2(g) + 2 H 2 O (l)

50 Resolução: As equações dadas deverão ser arrumadas de tal modo que a sua soma resulte na equação-problema. C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g) H 1 = – 94,0kcal/mol 68,4kcal/mol H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H 2 = – 68,4kcal/mol C (grafite) + 2H 2(g) CH 4(g) H 3 = – 17,9kcal/mol Equação-problema: CH 4(g) +O 2(g) CO 2(g) + 2 H 2 O (l) I) II) III) Agora vamos identificá-las com algarismos romanos.

51 Agora, invertemos a equação III de modo a obter o metano ( CH 4 ) como reagente. CH 4(g) C (grafite) + 2H 2(g) H 3 = + 17,9kcal/mol Observe a inversão de sinal do H 3 Devemos manter a equação I pois dessa forma obteremos gás carbônico como produto. C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g) H 1 = – 94,0kcal/mol – 68,4kcal/mol ) 2 ( H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H 2 = – 68,4kcal/mol ) Multiplicar por 2 a equação II para que os coeficientes fiquem ajustados. – 136,8 kcal/mol 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) H 2 = – 136,8 kcal/mol O H 2 também é multiplicado

52 Finalmente aplica-se a soma algébrica das equações, inclusive das variações de entalpia. CH 4(g) C (grafite) + 2H 2(g) H 3 = + 17,9 kcal/mol C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g) H 1 = – 94,0 kcal/mol – 136,8 kcal/mol 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) H 2 = – 136,8 kcal/mol _____________________________________________________________

53 CH 4(g) C (grafite) + 2H 2(g) H 3 = + 17,9 kcal/mol C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g) H 1 = – 94,0 kcal/mol – 136,8 kcal/mol 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) H 2 = – 136,8 kcal/mol _____________________________________________________________ CH 4(g) +2O 2(g) CO 2(g) + – 212,9 kcal/mol 2H 2 O (l) H = – 212,9 kcal/mol Observe os cortes: H = H 1 + H 2 + H 3

54 CALORES PADRÃO DE FORMAÇÃO OU ENTALPIA-PADRÃO DE FORMAÇÃO O índice sobrescrito º significa estado padrão. O índice subscrito f significa formação.. É o calor desenvolvido na formação de um mol de determinado composto, a partir das substâncias simples correspondentes no estado padrão. Representa-se por: H f º

55 REAÇÃO DE FORMAÇÃO - é aquela em que um mol de um único composto é formado a partir de substâncias simples no estado padrão. Exs.: C (grafite ) + O 2(g) CO 2(g) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) Os valores de H são pré-estabelecidos e encontrados em tabelas, para aqueles compostos que estejam na sua forma mais estável a 1 atm de pressão, ou seja, no estado padrão. 1 mol 1 mol

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57 CALOR PADRÃO DE COMBUSTÃO OU ENTALPIA-PADRÃO DE COMBUSTÃO É o calor liberado na combustão total de um mol de uma substância em que os componentes dessa reação estão no estado-padrão. H 2(g) + 1/2O 2(g) H 2 O (l) H = –68,4kcal/mol C 2 H 5 OH (l) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2 O (l) H = –325 kcal/mol COMBUSTÃO - reação de uma substância com o oxigênio (O 2 ) em que ocorre liberação de energia. ( REAÇÃO EXOTÉRMICA ) COMBUSTÃO - reação de uma substância com o oxigênio (O 2 ) em que ocorre liberação de energia. ( REAÇÃO EXOTÉRMICA )

58 O PODER CALÓRICO DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS A gasolina possui maior poder clalorífico que o álcool. Para cada litro de gasolina queimado são produzidos aproximadamente 8000 quilocalorias, enquanto para cada litro de álcool queimado, temos a produção de aproximadamente 5000 quilocalorias. Veja a tabela de calorias de alguns alimentos, a seguir.

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60 CALOR DE DISSOLUÇÃO OU ENTALPIA DE DISSOLUÇÃO É o calor desenvolvido ( liberado ou absorvido) provocado pela dissolução de um mol de substância, numa quantidade de água suficiente para se obter uma solução diluída, no estado padrão. – 22,9 kcal/mol H 2 SO 4 (l) + aq H 2 SO 4 (aq) H = – 22,9 kcal/mol,5 kcal/mol KNO 3(s) + aq KNO 3(aq) H = + 8,5 kcal/mol

61 CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO OU ENTALPIA DE NEUTRALIZAÇÃO É o calor liberado na neutralização de um equivalente-grama de um ácido por um equivalente-grama de uma base, ambos em soluções aquosas diluídas, no estado padrão. –13,8 kcal/eq-g HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) H = –13,8 kcal/eq-g –13,8 kcal/eq-g HNO 3(aq) + LiOH (aq) LiNO 3(aq) + H 2 O (l) H = –13,8 kcal/eq-g OBS.: Para ácidos e bases fortes o H será sempre o mesmo.

62 A variação de entalpia de uma reação pode ser calculada, conhecendo-se apenas as entalpias de formação dos seus reagentes e produtos. H = H (produtos) – H (reagentes)

63 C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (g) H = ? – kcal/mol Consultando a tabela de calores de formação: SUBSTÂNCIAS C 3 H 8(g) CO 2(g) H 2 O (g) O 2(g) -24,8kcal/mol -94,1kcal/mol -57,8kcal/mol zero Observe a equação:

64 H = H (produtos) – H (reagentes) H = [ 3(-94,1) + 4(-57,8)] - (-24,8 + zero) H = [ 3 H CO 2(g) + 4 H H 2 O (g) ] - ( H C 3 H 8(g) + 5 H O 2(g) ) H = - 488,7 kcal/mol

65 ENERGIA DE LIGAÇÃO É A ENERGIA NECESSÁRIA PARA ROMPER UM MOL DE LIGAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA NO ESTADO GASOSO. EX. Para romper um de ligação H – O são necessárias 110kcal. Para romper um de ligação H – C são necessárias 100kcal. Para romper um de ligação O = O são necessárias 118kcal.. * esses valores são tabelados

66 Para romper um mol de água no estado gasoso, teremos: H 2 O (l) 2H (g) + O (g) H = ? kcal/mol O H 110Kcal 110kcal H 2 O (l) 2H (g) + O (g) H = 220 kcal/mol

67 Observe a reação em que todos os participantes estão no estado gasoso: H | C O H + 3/2O 2 O = C = O + 2H 2 O | H H Para romper as ligações intramoleculares do metanol e do oxigênio, serão absorvidos, para: 1 mol de O H +464,0 kj + 464,0 kj 1 mol de C O +330,0 kj + 330,0 kj 3 mols de C H 3 (+413,0 kj) ,0 kj 3/2 mols de O = O 3/2 (+493,0 kj) + 739,5 kj TOTAL ABSORVIDO ,5 kj

68 H | C O H + 3/2O 2 O = C = O + 2H 2 O | H H Para formar as ligações intramoleculares do CO 2 e da água, serão liberadas: 2 mols de C = O 2 (-7444,0 kj) ,0 kj 2 mols de H O 2 ( - 464,0 kj) - 928,0 kj TOTAL LIBERADO ,0 kj Cômputo dos produtos:

69 + LIGAÇÃO ROMPIDA reagentes) - LIGAÇÃO FORMADA (produtos) O cálculo final será: H = 2 772,5kj + ( kj) H = 356,5kj CALOR LIBERADO CALOR ABSORVIDO H =

70 A quebra de ligação envolve absorção de calor Processo endotérmico A formação de ligação envolve liberação de calor Processo exotérmico H H H H

71 FIM


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