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

Termoquímica

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

Sumário1. A Natureza da Energia2. A Primeira Lei da Termodinâmica3. Entalpia4. Entalpia de Reação5. Calorimetria6. Lei de Hess7. Entalpias de Formação8. Alimentos e Combustíveis

IntroduçãoTermoquímica 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 sistemae que pode ser utilizada aqualquer 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.

∆U = Q + W∆E = Efinal – Einicial

E = Ecinética + EpotencialUm 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.

2. Primeira Lei da Termodinâmica

3. EntalpiaÉ o total de energia liberada ou absorvida em uma transformação de um dado sistema, à pressão constante. H = E + PVΔH = ΔE + PΔVAs transformações termoquímicas podem ser:

3. EntalpiaExotérmica 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. EntalpiaReações exotérmicas Reações endotérmicas

combustão em motores de automóveis

queima de carvão

formação de nuvens

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 EndotérmicasΔH < 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 HessEnunciada 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:

ΔΔH = H = ΔΔH1 + H1 + ΔΔH2 + ...H2 + ...

6. Lei de Hess A LeiA LeiA variação da entalpia de uma reação depende apenas dos resultados final e inicial, seja areação executadaem 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.

Energia de ligaçãoÉ 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.

ΔΔH = H H = H romrom – H – H for for

7. Entalpias de Formação

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

8. Alimentos e Combustíveis

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.

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 seguintescomponentes:

* 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.

8. Alimentos e Combustíveis