FTC Química Geral Paulo Sérgio M. Mascarenhas Termoquímica FTC Química Geral Paulo Sérgio M. Mascarenhas

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 associado a estas transformações pode ser indicado por variações de entalpia (ΔH). A entalpia (H) corresponde à energia global do sistema.

Termoquímica Unidades de energia: 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). Em engenharia utiliza-se o joule (J) em que 1 kcal equivale a 4,184 kJ.

Equação Termoquímica Observe a equação A abaixo: H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) entalpia dos reagentes entalpia dos produtos HR HP Supondo que os valores das entalpias correspondentes são: HR = 300 J HP = 100 J ΔH = HP – HR = 100 – 300 = - 200 J ΔH = - 200 J

Equação Termoquímica Observe a equação B abaixo: 2 NH3 (g) → H2 (g) + N2 (g) entalpia dos reagentes entalpia dos produtos HR HP Supondo que os valores das entalpias correspondentes são: HR = 400 J HP = 492 J ΔH = HP – HR = 492 – 400 = + 92 J ΔH = + 92 J

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

Termoquímica As equações A e B podem ser representados graficamente: Equação A: Reação exotérmica H (J) Liberação de energia H2 (g) + ½ O2 (g) HR = 300 J ΔH = - 200 J H2O (l) HP = 100 J Caminho da reação

Termoquímica Equação B: Reação endotérmica Absorção de energia H (J) H2 (g) + N2 (g) HP = 492 J ΔH = + 92 J 2 NH3 (g) Hr = 400 J Caminho da reação

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

Energia de ligação 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).

Tipo de Ligação energia (kJ/mol) Energia de ligação Tipo de Ligação energia (kJ/mol) C – C 350 C = C 612 C – H 415 C – O 360 C = O 804 O – H 464 O = O 498 N ≡ N 945 Obs.: 1 caloria = 4,18 Joules

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 ΔH global do processo: Não depende do número de etapas; Não depende do tipo de cada etapa; Só depende dos estados inicial e final; ΔH global = ΔH1 + ΔH2 + ... + ΔHn

Lei de Hess Explicando melhor: Suponha que a transformação da substância A na substância E se dê em quatro etapas: Etapa 1: A → B ΔH1 (endotérmico) = + 40 cal Etapa 2: B → C ΔH2 (endotérmico) = + 15 cal Etapa 3: C → D ΔH3 (exotérmico) = - 60 cal Etapa 4: D → E ΔH4 (endotérmico) = + 70 cal ΔHglobal = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 = +65 cal

Lei de Hess H (cal) E HP4 C HP2 ΔH2 B HP1 ΔH4 ΔHG ΔH3 ΔH1 A HR D HP3 Caminho da reação