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Termoquímica FTC Química Geral Paulo Sérgio M. Mascarenhas.

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1 Termoquímica FTC Química Geral Paulo Sérgio M. Mascarenhas

2 Termoquímica O calor é um tipo de energia térmica presente em todas as transformações, naturais ou não. A termoquímica estuda as relações entre o calor e as transformações físico-químicas. O calor é um tipo de energia térmica presente em todas as transformações, naturais ou não. A termoquímica estuda as relações entre o calor e as transformações físico-químicas. O calor associado a estas transformações pode ser indicado por variações de entalpia (ΔH). A entalpia (H) corresponde à energia global do sistema. O calor associado a estas transformações pode ser indicado por variações de entalpia (ΔH). A entalpia (H) corresponde à energia global do sistema.

3 Termoquímica Unidades de energia: Unidades de energia: Pode-se utilizar a caloria (cal) para expressar o valor energético envolvido numa reação: Pode-se utilizar a caloria (cal) para expressar o valor energético envolvido numa reação: 1 quilocaloria (kcal = 1000 cal) equivale à quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água em 1 grau Celsius (15˚C-16 ˚C). 1 quilocaloria (kcal = 1000 cal) equivale à quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água em 1 grau Celsius (15˚C-16 ˚C). Em engenharia utiliza-se o joule (J) em que 1 kcal equivale a 4,184 kJ. Em engenharia utiliza-se o joule (J) em que 1 kcal equivale a 4,184 kJ.

4 Equação Termoquímica Observe a equação A abaixo: Observe a equação A abaixo: H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) entalpia dos reagentes entalpia dos produtos entalpia dos reagentes entalpia dos produtos HR HP HR HP Supondo que os valores das entalpias correspondentes são: Supondo que os valores das entalpias correspondentes são: HR = 300 JHP = 100 J HR = 300 JHP = 100 J ΔH = HP – HR = 100 – 300 = J ΔH = HP – HR = 100 – 300 = J ΔH = J

5 Equação Termoquímica Observe a equação B abaixo: Observe a equação B abaixo: 2 NH 3 (g) H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g) H 2 (g) + N 2 (g) entalpia dos reagentes entalpia dos produtos entalpia dos reagentes entalpia dos produtos HR HP HR HP Supondo que os valores das entalpias correspondentes são: Supondo que os valores das entalpias correspondentes são: HR = 400 JHP = 492 J HR = 400 JHP = 492 J ΔH = HP – HR = 492 – 400 = + 92 J ΔH = HP – HR = 492 – 400 = + 92 J ΔH = + 92 J

6 Termoquímica Dessa forma, nos processos termoquímicos pode-se observar duas situações: Dessa forma, nos processos termoquímicos pode-se observar duas situações: HR < HP ΔH adquire sinal positivo HR < HP ΔH adquire sinal positivo Processo ENDOTÉRMICO Processo ENDOTÉRMICO ABSORVE ENERGIA ABSORVE ENERGIA HR > HP ΔH adquire sinal negativo HR > HP ΔH adquire sinal negativo Processo EXOTÉRMICO Processo EXOTÉRMICO LIBERA ENERGIA LIBERA ENERGIA

7 Termoquímica As equações A e B podem ser representados graficamente: As equações A e B podem ser representados graficamente: Equação A: Equação A: H (J) Caminho da reação HR = 300 J H 2 (g) + ½ O 2 (g) HP = 100 J H 2 O (l) ΔH = J Reação exotérmica Liberação de energia

8 Termoquímica Equação B: Equação B: H (J) Caminho da reação Hr = 400 J 2 NH 3 (g) HP = 492 J H 2 (g) + N 2 (g) ΔH = + 92 J Reação endotérmica Absorção de energia

9 Fatores que podem influenciar a entalpia de uma reação: Estado físico das substâncias participantes; Estado físico das substâncias participantes; Estado alotrópico das substâncias participantes; Estado alotrópico das substâncias participantes; Temperatura; Temperatura; Concentração dos reagentes. Concentração dos reagentes.

10 Energia de ligação O rompimento da ligação química entre dois átomos constitui um processo endotérmico (absorção de energia). O rompimento da ligação química entre dois átomos constitui um processo endotérmico (absorção de energia). A formação de uma ligação química entre dois átomos constitui um processo exotérmico (libera energia). A formação de uma ligação química entre dois átomos constitui um processo exotérmico (libera energia).

11 Energia de ligação Tipo de Ligaçãoenergia (kJ/mol) Tipo de Ligaçãoenergia (kJ/mol) C – C 350 C = C612 C – H415 C – O360 C = O804 O – H464 O = O498 N N945 Obs.: 1 caloria = 4,18 Joules

12 Lei de Hess Se uma transformação puder ser realizada por vários caminhos, constituídos por diferentes números de etapas, endotérmicas e/ou exotérmicas, o valor do Δ H global do processo: Se uma transformação puder ser realizada por vários caminhos, constituídos por diferentes números de etapas, endotérmicas e/ou exotérmicas, o valor do Δ H global do processo: Não depende do número de etapas; Não depende do número de etapas; Não depende do tipo de cada etapa; Não depende do tipo de cada etapa; Só depende dos estados inicial e final; Só depende dos estados inicial e final; Δ H global = Δ H 1 + Δ H Δ H n Δ H global = Δ H 1 + Δ H Δ H n

13 Lei de Hess Explicando melhor: Explicando melhor: Suponha que a transformação da substância A na substância E se dê em quatro etapas: Suponha que a transformação da substância A na substância E se dê em quatro etapas: Etapa 1: A B ΔH 1 (endotérmico) = + 40 cal Etapa 1: A B ΔH 1 (endotérmico) = + 40 cal Etapa 2: B C ΔH 2 (endotérmico) = + 15 cal Etapa 2: B C ΔH 2 (endotérmico) = + 15 cal Etapa 3: C D ΔH 3 (exotérmico) = - 60 cal Etapa 3: C D ΔH 3 (exotérmico) = - 60 cal Etapa 4: D E ΔH 4 (endotérmico) = + 70 cal Etapa 4: D E ΔH 4 (endotérmico) = + 70 cal ΔH global = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 + ΔH 4 = +65 cal ΔH global = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 + ΔH 4 = +65 cal

14 Lei de Hess H (cal) Caminho da reação HR HP 1 ΔH1ΔH1 HP 2 ΔH2ΔH2 HP 3 HP 4 ΔH3ΔH3 ΔH4ΔH4 ΔHGΔHG A B C D E


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