Termoquímica Deborah Tiemi Saiki 16987 Luiz Antonio Rosa Machado 17103 José Henrique Fonseca Franco 17086

Sumário 1. A Natureza da Energia 2. A Primeira Lei da Termodinâmica 3. Entalpia 4. Entalpia de Reação 5. Calorimetria 6. Lei de Hess 7. Entalpias de Formação 8. Alimentos e Combustíveis

Introdução Termoquímica é o ramo da química que estuda a energia associada a uma reação química. O calor de Reação é o calor 'liberado' ou 'absorvido' por uma reação e pode ser medido em joules ou calorias, a unidade aceita pelo SI é o Joule. Em outras palavras é o estudo das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durantes as reações químicas.

1. A Natureza da Energia Energia é a capacidade de realizar trabalho e de transferir calor. Energia Cinética: a energia do movimento, sua magnitude depende da massa e da velocidade do objeto. Energia Potencial: é a forma de energia que se encontra armazenada em um sistema e que pode ser utilizada a qualquer momento para realizar trabalho.

1. A Natureza da Energia Energia térmica: Energia cinética das moléculas das substâncias. Energia química: Energia potencial acumulada nos arranjos dos átomos das substâncias. Unidades de medida: Joule(J) e Caloria(cal), sendo 1 cal = 4,184 J.

2. Primeira Lei da Termodinâmica A primeira lei da termodinâmica é a lei de conservação da energia, a energia não pode ser criada nem destruída. Nela observamos a equivalência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia que a energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna.

2. Primeira Lei da Termodinâmica ∆U = Q + W ∆E = Efinal – Einicial E = Ecinética + Epotencial Um sistema composto de H2(g) e O2(g) tem mais energia interna que um sistema composto de H2O(l). O sistema perde energia (∆E<0) quando: H2 e O2 são convertidos em H2O. Ele ganha energia (∆E>0) quando H2O se decompõe em H2 e O2.

3. Entalpia É o total de energia liberada ou absorvida em uma transformação de um dado sistema, à pressão constante. H = E + PV ΔH = ΔE + PΔV As transformações termoquímicas podem ser:

3. Entalpia Exotérmica Endotérmica

3. Entalpia *Fatores que influenciam o valor de ΔH - Quantidade de reagente e produtos, quanto maior a quantidade, maior a energia liberada ou absorvida; - Estado físicos, Hsólido < Hlíquido < Hgás; - Temperatura e pressão; - Forma alotrópica.

3. Entalpia Reações exotérmicas Reações endotérmicas combustão em motores de automóveis formação de nuvens queima de carvão derretimento de gelo

4. Entalpia de reação Como vimos em reações exotérmicas e endotérmicas há uma troca de calor entre o sistema reativo e o meio ambiente. A quantidade de fluxo de calor está relacionada com o conteúdo térmico dos reagente e produtos. Quando o sistema sofre uma transformação há uma variação de entalpia correspondente à diferença de conteúdo energético entre os reagentes e produtos.

4. Entalpia de reação ΔH = H produtos – H reagentes ΔH > 0 Reações Endotérmicas ΔH < 0 Reações Exotérmicas

5. Calorimetria É a medição do fluxo de calor. O aparelho utilizado para medir o fluxo chama-se calorímetro. Capacidade calorífica (ou térmica): quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma substância em 1 K (1°C). A unidade usada no SI é J/K.

5. Calorimetria Calor específico: corresponde à quantidade de calor recebida ou cedida por 1 g da substância que leva a uma variação de  1K (1°C) Q = m.c.∆θ

6. Lei de Hess Enunciada em 1840, a lei de Hess permite o cálculo da variação da entalpia de uma reação, mesmo que seja difícil a sua determinação.

6. Lei de Hess A Lei de Hess nos permite, então, concluir que o ΔH da reação global pode ser obtido pela soma do ΔH das reações, que correspondem às etapas intermediárias, ou seja: ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ...

6. Lei de Hess A Lei A variação da entalpia de uma reação depende apenas dos resultados final e inicial, seja a reação executada em uma única etapa ou em várias etapas.

6. Lei de Hess A lei de Hess nos permite tratar equações químicas como equações matemáticas. Devemos lembrar que o ΔH depende das quantidades de reagentes e produtos, assim ao multiplicar ou dividir os coeficientes de uma equação devemos fazer o mesmo com o ΔH da reação. Se em um sentido a reação é exotérmica, no sentido oposto é endotérmica, e vice-versa. Então, ao se inverter uma equação, devemos inverter o sinal do ΔH.

7. Entalpias de Formação É a variação da entalpia da reação de formação de um mol de um composto a partir de seus constituintes elementares na sua forma mais abundante, ou seja, é a energia liberada ou absorvida pela reação de formação de compostos.

7. Entalpias de Formação ΔH = Σ ΔHf (produtos) – Σ ΔHf (reagentes) Substâncias simples em suas formas alotrópicas mais estáveis possuem entalpia de formação igual a zero.

7. Entalpias de Formação Energia de ligação ΔH = H rom – H for É a energia necessária para romper um mol de ligação entre 2 átomos no estado gasoso a 25°C. O rompimento da ligação é sempre um processo endotérmico. Em uma reação química há rompimento e formação de ligações. A variação de entalpia corresponde ao saldo energético entre rompimento e formação. ΔH = H rom – H for

8. Alimentos e Combustíveis A maioria da energia que o nosso corpo necessita vem de carboidratos e gorduras. Os amidos são decompostos no intestino em glicose, que entra na corrente sanguínea e reage com o O2 formando gás carbônico, água e energia.

8. Alimentos e Combustíveis

8. Alimentos e Combustíveis Biodiesel (ésteres mono alquila) é um comustível diesel de queima limpa, derivado de fontes naturais e renováveis como os vegetais. É obtido principalmente de girassol, amendoim, mamona, sementes de algodão e de colza. É uma alternativa renovável, que resolve dois problemas ambientais ao mesmo tempo: aproveita um resíduo, aliviando os aterros sanitários, e reduz a poluição atmosférica. É uma alternativa para os combustíveis tradicionais que não são renováveis, como o gasóleo. O biodiesel reduz 78% das emissões poluentes como o dióxido de carbono que é o gás responsável pelo efeito de estufa que está alterando o clima em escala mundial, e 98% de enxofre na atmosfera. Os motores a óleo vegetal possibilitam uma redução de 11% a 53% na emissão de monóxido de carbono, e os gases da combustão do óleo vegetal não emitem dióxido de enxofre, um dos causadores da chamada chuva ácida. O Brasil também tem a preocupação em reduzir poluentes. Desde 1997 fazemos óleo diesel com menor teor de enxofre.

8. Alimentos e Combustíveis O carvão é bastante utilizado tanto para gerar energia elétrica em usinas termelétricas, quanto como matéria-prima para produzir aço nas siderúrgicas. Os alto-fornos dessas indústrias exigem um carvão mineral de alta qualidade, que não possuam resíduos: um carvão com alto poder calorífero (que produza muito calor, muita energia), com elevada concentração de carbono.

8. Alimentos e Combustíveis Energia da Biomassa A utilização do biogás proveniente de lixo e dejetos sanitários como insumo para produção de energia representa grande benefício socio-ambiental. Esse tipo de projeto proporciona vantagens para os grandes centros urbanos, devido à redução de emissões de poluentes, como o metano, gás de grande impacto no efeito estufa e que, em média, corresponde a 50% do volume do biogás.

8. Alimentos e Combustíveis O petróleo é uma substância viscosa, mais leve que a água, composta por grandes quantidades de carbono e hidrogênio (hidrocarboneto) e quantidades bem menores de oxigênio, nitrogênio e enxofre. Nas refinarias, o petróleo é submetido a uma destilação fracionada, sendo separado em grupos. Na destilação encontramos os seguintes componentes: * De 20 a 60 ºC -> éter de petróleo * De 60 a 90 ºC -> benzina * De 90 a 120 ºC -> nafta * De 40 a 200 ºC -> gasolina * De 150 a 300 ºC -> querosene * De 250 a 350 ºC -> gasóleo * De 300 a 400 ºC -> óleos lubrificantes * Resíduos -> asfalto, piche e coque * Subprodutos -> parafina e vaselina

8. Alimentos e Combustíveis O gás hidrogênio (H2) é explorado para uso em motores a combustão e em células de combustível. É um gás nas condições normais de temperatura e pressão, o que apresenta dificuldades de transporte e armazenagem. Sistemas de armazenamento incluem hidrogênio comprimido, hidrogênio líquido e ligação química com algum material. Embora não existam sistemas de distribuição e transporte de hidrogênio, a habilidade de criar o combustível de uma variedade de fontes e suas características limpas fazem do hidrogênio uma fonte desejável de energia alternativa. Propriedades químicas: O combustível mais simples e mais leve é o gás hidrogênio. Ele é gasoso a temperatura ambiente e pressão atmosférica. O combustível em si não é hidrogênio puro. Ele tem pequenas quantidades de oxigênio e de outros materiais. A densidade energética do hidrogênio é de 38 kWh/kg. A gasolina que é considerada muito energética só gera 14 kWh/kg.

8. Alimentos e Combustíveis Um reator nuclear produz calor modificando os átomos do seu combustível, transformando urânio ou plutônio noutros elementos. As máquinas que utilizam energia química modificam as moléculas do seu combustível e os elementos mantêm-se inalterados.