Energia de ligação e reações químicas

Apresentação em tema: "Energia de ligação e reações químicas"— Transcrição da apresentação:

1 Energia de ligação e reações químicas
Miguel Neta, dezembro de 2018 [Imagem:

2 Quebras de ligações / Formação de novas ligações.
Reação química Numa reação química acontece o rearranjo das ligações entre átomos. Quebras de ligações / Formação de novas ligações. (simultaneamente) Há transformação de umas substâncias (reagentes) em outras (produtos). Energia de ligação e reações químicas

3 “Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”
Lei de Lavoisier / Lei da Conservação da Massa Lei de Lavoisier A massa total dos reagentes de uma reação química é igual à massa total dos produtos dessa reação. 𝒎 𝒓𝒆𝒂𝒈𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔 = 𝒎 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒕𝒐𝒔 “Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.” Solução de CaCl2 Na2SO4 Precipitado de CaSO4 e solução de NaCl Antoine Laurent de Lavoisier ( ). 300,23 g 300,23 g Energia de ligação e reações químicas

4 Lei de Lavoisier / Lei da Conservação da Massa
1 átomo de C 1 átomo de C 4 átomos de H 4 átomos de H 4 átomos de O 4 átomos de O Há conservação do número total de átomos de cada elemento químico! Antoine Laurent de Lavoisier ( ). Energia de ligação e reações químicas

5 Processos endoenergéticos e exoenergéticos
Para que uma reação aconteça é necessário quebrar ligações nos reagentes para permitir a formação de novas ligações. Quebra de ligações  Há absorção de energia  Processo endoenergético! Formação de ligações  Há libertação de energia  Processo exoenergético! Energia de ligação e reações químicas

6 Há um aumento da temperatura Há uma diminuição da temperatura
Sistema isolado: não há trocas de energia nem de matéria com o exterior. Processos endoenergéticos e exoenergéticos Quando acontece uma reação química (quebra/formação de ligações) num sistema isolado: Reações exotérmicas 𝑅𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠→𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠+𝐸𝑁𝐸𝑅𝐺𝐼𝐴 A energia potencial das ligações diminui ⇓ […como o sistema é isolado…] A energia cinética aumenta Há um aumento da temperatura Reações endotérmicas 𝑅𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠+𝐸𝑁𝐸𝑅𝐺𝐼𝐴→𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠 A energia potencial das ligações aumenta ⇓ […como o sistema é isolado…] A energia cinética diminui Há uma diminuição da temperatura Temperatura: medida da agitação média das partículas. Energia de ligação e reações químicas

7 ∆𝑯= 𝑬 𝒓𝒖𝒕𝒖𝒓𝒂 − 𝑬 𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂çã𝒐 em que:
Entalpia de reação A variação de entalpia, ∆𝑯, mede a energia transferida entre um sistema reacional e a vizinhança, a pressão constante. A entalpia de uma reação corresponde à diferença entre a energia requerida para quebrar todas as ligações nos reagentes e a energia libertada na formação das ligações dos produtos da reação: ∆𝑯= 𝑬 𝒓𝒖𝒕𝒖𝒓𝒂 − 𝑬 𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂çã𝒐 em que: 𝐸 𝑟𝑢𝑡𝑢𝑟𝑎 – energia consumida para a rutura das ligações dos reagentes 𝐸 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎çã𝑜 – energia libertada na formação das ligações dos produtos A unidade do SI é J mol-1. Energia de ligação e reações químicas

8 ⇒ Há energia absorvida pelo sistema reacional ⇒ A reação é endotérmica
Entalpia de reação Se ∆𝑯 > 0 ⇒ Há energia absorvida pelo sistema reacional ⇒ A reação é endotérmica Se ∆𝑯 < 0 ⇒ É libertada energia ⇒ A reação é exotérmica Produtos Reagentes Energia potencial (kJ) ∆𝐻 Produtos Reagentes Energia potencial (kJ) ∆𝐻 Energia de ligação e reações químicas

9 Energia potencial (kJ)
Entalpia de reação Estado transitório Energia potencial (kJ) Reagentes Produtos Sentido da reação Energia de ligação e reações químicas

10 Energia potencial (kJ)
Entalpia de reação Produtos Reagentes Energia potencial (kJ) Sentido da reação Energia usada na quebra de ligações Energia libertada na formação Reação exotérmica (∆𝐻 < 0) Energia de ligação e reações químicas

11 No caso da reação de síntese do amoníaco,
Entalpia de reação Exemplo: No caso da reação de síntese do amoníaco, N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) ∆𝑯 = -81 kJ mol-1, o que quer dizer que, sendo uma reação exotérmica, se libertam 81 kJ de energia por cada duas mole de amoníaco formado. Energia de ligação e reações químicas [Imagem: newenergyandfuel.com]

12 De onde vêm estes valores?
Entalpia de reação Se uma reação é exotérmica a sua inversa é endotérmica! Neste caso as variações de entalpia são inversas! ∆ 𝐻 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑡𝑎 =−∆ 𝐻 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎 Exemplo: Síntese do amoníaco: N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) ∆𝐻 = -81 kJ mol-1 Decomposição do amoníaco: 2 NH3 (g) → N2 (g) + 3 H2 (g) ∆𝐻 = 81 kJ mol-1 De onde vêm estes valores? Energia de ligação e reações químicas

13 O que é a energia de ligação?
Balanço energético A variação de entalpia de uma reação química, ∆𝑯: ∆𝐻= 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠) − 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠) em que: 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠) – energia de ligação dos reagentes 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠) – energia de ligação dos produtos O que é a energia de ligação? Energia de ligação e reações químicas

14 N2 (g) → N (g) + N (g) ∆𝐻 = 945 kJ mol-1
Energia de ligação A energia de ligação é a energia mínima para quebrar uma mole de ligações de uma determinada molécula, no estado gasoso. Exemplo: Pra quebrar uma mole de ligações triplas N≡N, no N2, N2 (g) → N (g) + N (g) são necessários 945 kJ, ou seja: N2 (g) → N (g) + N (g) ∆𝐻 = 945 kJ mol-1 Energia de ligação e reações químicas

15 1 ligação N≡N + 3 ligações H–H → 6 ligações N–H
Balanço energético Exemplo: N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) 1 ligação N≡N + 3 ligações H–H → 6 ligações N–H Consultando uma tabela de energias de ligação: 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑁≡𝑁) = 945 kJ mol-1 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝐻−𝐻) = 436 kJ mol-1 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑁−𝐻) = 389 kJ mol-1 ∆𝐻= 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠) − 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠) ∆𝐻= 𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 𝑁≡𝑁 +3 ×𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 (𝐻−𝐻) − 6 ×𝐸 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 𝑁−𝐻 ∆𝐻= 945+3×436 − 6×389 = -81 kJ mol-1 Energia de ligação e reações químicas

16 Bibliografia D. Reger, S. Goode, E. Mercer, “Química: Princípios e Aplicações”, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2010. J. Paiva, A. J. Ferreira, G. Ventura, M. Fiolhais, C. Fiolhais, “10Q”, Texto Editores, Lisboa, 2007. J. Paiva, A. J. Ferreira, C. Fiolhais, “Novo 10Q”, Texto Editores, Lisboa, 2015. M. C. Dantas, M. D. Ramalho, “Jogo de Partículas A”, Texto Editores, Lisboa, 2007. Energia de ligação e reações químicas