3º ATIVIDADE DE QUÍMICA – 4ºBIMESTRE – 2º EM – TEX TO …...Termoquímica Professora Fernanda – Química e-mail: [email protected] 1 3º ATIVIDADE DE QUÍMICA

Termoquímica Professora Fernanda – Química e-mail: [email protected]

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3º ATIVIDADE DE QUÍMICA – 4ºBIMESTRE – 2º EM – TEX TO DE APOIO

A atividade inicia-se com a leitura do texto “Termoquímica”. Como auxilio podem assistir aos vídeos: https://www.youtube.com/watch?v=uGtXSopiw9E&list=PLtYe4M7gMnkMPnDN0ySMP6YU0r60RC9gb&index=6 https://www.youtube.com/watch?v=j9MM1s4efSE&list=PL2ieA2EFIpiaafBntr5xIdPJHICKkwOlB&index=1 https://www.youtube.com/watch?v=STY3TEwd54U&feature=youtu.be https://www.youtube.com/watch?v=61iYsJLZ9sU https://www.youtube.com/watch?v=n9aPLtRZejo https://www.youtube.com/watch?v=D6Xjx3FaScA https://www.youtube.com/watch?v=nsIXDNQ_Y4w&feature=youtu.be https://www.youtube.com/watch?v=t1NvCm_vjck&list=PL-xwM0e5miEwIQg-zj5DLfoWGkkWYtn9R&index=49 https://www.youtube.com/watch?v=jryehuPmSd4&list=PL-xwM0e5miEwIQg-zj5DLfoWGkkWYtn9R&index=50

2º Ensino Médio


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TERMOQUÍMICA

Biologia: Estuda o mecanismo de como se dá o armazenamento de energia nas plantas e nos animais. Química: Executa os cálculos da energia produzida pela ingestão de alimentos assim como a energia liberada através de atividades físicas, por exemplo. 1) INTRODUÇÃO Muitos processos químicos industriais hoje desenvolvidos são inicialmente realizados em laboratório, em pequena escala, onde é feito um estudo sobre a reação tais como: a quantidade estequiométrica dos reagentes e produtos, o rendimento da reação (visto em cálculos estequiométricos), a concentração mais adequada das soluções dos reagentes e a análise química da matéria prima empregada (visto no estudo das soluções).


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Outro fator importante a considerar nas reações químicas é o estudo da energia envolvida nos processos químicos. Existem muitas formas de energia envolvidas como: elétrica, térmica, luminosa, etc. No nosso estudo daremos importância a uma forma de energia que está envolvida em todos os processos químicos, que é a energia térmica. A Termoquímica é um ramo da termodinâmica que estuda a energia térmica liberada ou absorvida nos processos químicos. Uma constatação desse tipo pode ser observada no processo de obtenção da cal virgem. A cal virgem é obtida a partir da reação de calcinação do calcário em fornos verticais. Neste processo podemos observar reações que liberam calor e reações que absorvem calor. Na queima dos combustíveis, como a lenha e óleo, ocorre uma reação química que libera calor. O calor liberado é absorvido na reação de decomposição do calcário produzindo a cal vir-gem. Na termoquímica os processos que ocorrem com liberação de calor são denominados exotérmicos e os processos que absorvem calor são denominados endotérmicos. 2) DEFINIÇÃO É a ciência que estuda as quantidades de calor liberadas ou calor e absorvidas durante uma reação química ou durante as mudanças de estado físico. � Energia é a capacidade de produzir trabalho. Energia é a capacidade da matéria de

produzir trabalho na forma de movimento, luz ou calor. � Temperatura é uma medida da energia térmica. É uma medida microscópica para o

movimento de oscilação descrito por átomos e moléculas de um corpo. Macroscopicamente, a temperatura é percebida pelas sensações de quente e frio, e pode ser descrita por meio de um grande número de escalas termométricas.

� Calor é a energia que passa de um corpo a outro, devido, a diferença de temperatura entre os corpos, ou seja, calor é a energia em trânsito.

� Calor específico área que estuda as trocas de energia e os fenômenos relacionados a transferência de calor entre os corpos. É uma grandeza dentro da calorimetria. É através do calor específico que é possível identificar a quantidade de energia liberada por unidade de massa na diminuição da temperatura em grau. Calor específico é a quantidade de energia térmica necessária para que uma grama de certa substância varie a sua temperatura em um grau.

Temperatura e calor são conceitos bastante próximos, embora tenham significados bem distintos para a termologia. Enquanto o calor é uma forma de energia, a temperatura é uma medida da energia cinética de todos os átomos e moléculas constituintes de um corpo.

Calor Temperatura

Características Trânsito de energia cinética molecular dos corpos mais quentes para os mais frios.

Nível de agitação de moléculas e átomos em sua relação com o estado térmico.

Como é medido?

Cálculo sobre o trânsito de energia térmica entre corpos ou

sistemas.

Os termômetros medem a temperatura gerada a partir da movimentação das

moléculas e dos átomos.

Unidades de medida

Unidades de Calor • cal (caloria) • J (Joule)

Escalas termométricas: • ºC (graus Celsius) • ºF (graus Fahrenheit) • K (Kelvin)

As transformações químicas se classificam em:


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• Reações exotérmicas: (exo = “para fora”) são as que liberam energia (na forma de calor, liberam calor (-)).Exemplo: Em uma fogueira ocorre uma reação de queima/combustão que libera calor.

• Reações endotérmicas: (endo = “para dentro”) são as que absorvem energia (na forma de calor, absorvem calor (+)).Exemplo: O fenômeno de cozimento ocorre através da absorção de calor pelo alimento.

Exemplos:

REAÇÕES QUE LIBERAM ENERGIA REAÇÕES QUE ABSORVEM ENERGIA Queima do carvão Cozimento de alimentos

Queima da vela Fotossíntese das plantas, o sol fornece energia

Reação química em uma pilha Pancada violenta inicia a detonação de um

explosivo

Queima da gasolina no carro Cromagem em peças de carros/motos, com energia elétrica

Processos que ocorrem nas transformações químicas : As transformações químicas, também definidas como reações químicas, consistem na transformação de novos produtos originados a partir de substâncias que foram submetidas a alterações das suas características iniciais, chamadas de reagentes. Essas reações ocorrem por meio de diversos fatores: ação do calor,


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denominadas de termólises, por influência da luz, ou também chamadas de fotólises, por ações da mecânica, corrente elétrica (eletrólise) ou até pela junção de substâncias. Essas transformações químicas podem facilmente ser percebidas através dos aspectos físicos e estruturais que as substâncias demonstram. Após sofrer as reações, elas mudam a coloração, podem ocorrer variações de temperatura, liberação de gás, formação de um elemento sólido ou surgimento de chamas, até a carbonização de uma substância específica. � As blusas, casacos, cobertores entre outros, não são quentes, eles apenas impedem que o

corpo ceda/perca calor para o ambiente frio. Eles criam uma camada isolante entre nosso corpo e o meio ambiente, de modo a dificultar a transferência de calor. Funcionam como um Isolante térmico, pois funcionam como um bloqueador de calor, não deixando o calor sair para o sistema.

� Sentimos mais fome em dias mais frios do que em dias de muito calor, pois em uma região fria, a circulação sanguínea na superfície da nossa pele aumenta para compensar a perda de calor do nosso corpo para o meio ambiente. Neste processo moléculas de carboidratos são queimadas, liberando mais energia em nosso organismo para compensar a energia transferida ao ambiente. Por isso é comum sentirmos mais fome no frio do que no calor.

� Ao sair de uma piscina em um dia de vento, sentimos frio: pois, ao sairmos de uma piscina, o nosso corpo está completamente molhado e com isso a água que está por volta de todo o corpo começa a absorver o calor do corpo e o vento acelera o processo de evaporação da água, dando aquela sensação de frio.

� O processo de evaporação para que possa ocorrer necessita de energia, essa energia, portanto é utilizada na forma de calor, ou seja, é utilizado o calor do corpo e com a retirada do calor a temperatura, claro, tende a abaixar. No caso, no processo de mudança de estado, a água passa do estado líquido diretamente para o estado gasoso, ou seja, vaporização. É chamado de conceito de sensação térmica.

� Por que álcool na pele refresca: Para que qualquer líquido vaporize é necessário que a parte vaporizada absorva energia do seu entorno. O álcool é mais volátil do que a água, apresentando maior pressão de vapor saturado do que ela na mesma temperatura, evaporando mais rapidamente então nas mesmas condições. Devido a esta evaporação mais rápida a nossa pele cede energia para que a vaporização ocorra, baixando a temperatura da pele mais do que quando a umedecemos com água. O álcool é mais volátil que a água, então, quando ele é passado na pele, logo evapora, absorvendo o calor do corpo e vaporiza, e quando esse processo termina, o calor se espalha pelo meio e a pele fica fria.

� Reações de combustão são exotérmicas, pois liberam energia. Qualquer reação que libere energia é exotérmica, tendo em mente que as reações endotérmicas são reações que captam energia para poder ocorrer, no mundo, quase todas as reações são exotérmicas, sendo o caminho mais fácil para se alcançar a estabilidade. As reações exotérmicas são comuns em todos os seres vivos, além de diversas outras maquinas. A respiração celular em si ocorre através de combustões.

3) UNIDADE DE CALOR / ENTALPIA A unidade de calor no sistema internacional (SI) é medida em joule (J) mas existe uma unidade bastante utilizada, a caloria (cal) . Kcal = quilocaloria e KJ = quilojoule

1 Kcal = 1000 cal = 103 cal 1 KJ = 1000 J = 103 J

1 cal = 4,18 J


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As calorias não estão presentes apenas nos alimentos, estão presentes em qualquer substância que contenha energia, como no caso dos combustíveis. 4) ENTALPIA (H)

� Símbolo: H � Significado: “Enthalpin” significa aquecer � Definição: Entalpia é a quantidade de energia de cada substância a pressão constante. � Entalpia é o nome atribuído ao calor nos estudos de termoquímica quando medido em

pressão constante.

Entalpia é a grandeza física que mede a quantidade de energia dentro das substâncias que sofrem uma reação química. Ou seja, pode-se dizer que a entalpia calcula a quantidade de calor absorvido ou liberado em uma reação química. 5) VARIAÇÃO DE ENTALPIA ( ∆H) Símbolos: ∆ = indica variação e H = indica entalpia, Portanto ∆H indica variação de entalpia. Definição: A variação de entalpia (∆H) corresponde ao calor absorvido ou liberado por um processo físico ou químico, realizado a pressão constante. É a energia total trocada por um sistema, incluindo calor e trabalho realizado. A variação da Entalpia acontece quando há diferença entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes, ou seja, o calor de uma reação é equivalente ao calor liberado ou absorvido nessa reação, e é simbolizado por ∆H. 6) EQUAÇÃO DE ENTALPIA

∆H = H produtos – H reagentes

o O estado final corresponde ao que foi produzido (produtos); o O estado inicial corresponde ao que foi consumido (reagentes). o O ∆H de uma reação química denomina-se calor de reação.

7) REPRESENTAÇÃO DA ENTALPIA NAS EQUAÇÕES QUÍMICAS

� Transformação Exotérmica: Libera Calor

Exemplo:


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� Transformação Endotérmica: Absorve Calor

Exemplo:

8) CONVENÇÃO DE SINAIS ALGÉBRICO

� H com sinal positivo significa calor fornecido; � H com sinal negativo significa calor produzido; � ∆H com sinal negativo significa calor liberado, reação exotérmica (∆H < 0); � ∆H com sinal positivo significa calor absorvido, reação endotérmica (∆H > 0);

9) FATORES QUE INFLUENCIAM NA VARIAÇÃO DE ENTALPIA (∆H)

� Estado físico � Temperatura � Pressão � Concentração dos reagentes � Reagentes participantes da reação.

10) EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA Deve ser indicada numa equação termoquímica: A variação de entalpia (∆H); O estado físico de todos os participantes e, também, as variedades alotrópicas, caso existam; O número de mols dos elementos participantes.

EXOTÉRMICO (Liberação de calor) São aquelas que liberam energia, ou seja, a moléculas que reagem perdem energia para fora, para o sistema. Por exemplo temos qualquer reação de combustão (queima) como a da madeira, do carvão, da gasolina, etc.

• REAGENTES � PRODUTOS + CALOR • REAGENTES � PRODUTOS ∆H < 0 (negativo) • REAGENTES – CALOR �� PRODUTOS

Exemplos: C(graf) + O2(g) � CO2(g) + 94 kcal

H2(g) + ½ O2(g) � H2O(ℓ) ∆H = – 68,3 kcal

H2(g) + ½ O2(g) � H2O(ℓ) + 285,5kJ

H2(g) + ½ O2(g) � H2O(ℓ) ∆H = – 285,5kJ

ENDOTÉRMICO (absorção de calor)


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São aquelas onde há consumo de energia, pois as ligações dos átomos nos produtos necessitam mais energia que nos reagentes. Como, por exemplo, temos a formação da glicose no processo de fotossíntese, onde a planta absorve energia solar para ligar as moléculas.

• REAGENTES + CALOR � PRODUTOS • REAGENTES � PRODUTOS ∆H > 0 (positivo) • REAGENTES � PRODUTOS – CALOR

Exemplos: 3 O2(g) + 68 kcal � 2 O3(g)

½ N2(g) + O2(g) � NO2(g) ∆H = + 8 kcal

HgO(s) + 90,7kJ � Hg(ℓ) + ½ O2(g)

HgO(s) � Hg(ℓ) + ½ O2(g) ∆H = + 90,7kJ

11) DIAGRAMA DE ENERGIA

Para a reação:

REAÇÃO EXOTÉRMICA

Como a reação liberou calor, o conteúdo energético dos produtos (Hp) é menor que o conteúdo energético dos reagentes (Hr), ou seja:

graficamente:


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REAÇÃO ENDOTÉRMICA

Como a reação absorveu calor, o conteúdo energético dos produtos (Hp) é maior que o conteúdo energético dos reagentes (Hr), ou seja:

graficamente:

12) ENERGIA DE LIGAÇÃO É a energia envolvida na quebra de 1 mol de uma determinada ligação química, supondo-se todas as substâncias no estado gasoso, a 25 °C e 1 atm. Atenção!

� A quebra de ligações é sempre um processo endotérmico; portanto ∆H é sempre positivo.

� A formação de ligações é sempre um processo exotérmico; portanto ∆H é sempre negativo.

Então:

13) ESTADO FÍSICO As transformações físicas também são acompanhadas de calor, como ocorre na mudança de estados físicos da matéria.


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Assim, a ordem crescente de entalpia para os três estados será: H solido < H liquido < H gasoso (vapor)

Em geral, basta provocarmos uma reação exo para que ela se inicie e prossiga sozinha como por exemplo, da queima de carvão. Pelo contrário, uma reação endo ocorre somente quando fornecemos continuamente o calor de que ela necessita, como no caso do cozimento dos alimentos. 14) TIPOS DE CALOR • Entalpia ou calor de formação: variação de entalpia da reação de formação de 1 mol de uma substância, partindo de reagentes no estado padrão (H = 0). • Entalpia ou calor de neutralização: variação de entalpia da reação de um equivalente-grama de uma base, estando reagente e produtos em solução aquosa em diluição total ou infinita, 25 °C e 1 atm. • Energia de ligação: variação de entalpia que acontece na quebra de um mol de ligações, estando reagentes e produtos no estado gasoso a 25 °C e 1 atm. • Entalpia de Combustão: É sempre uma reação exotérmica. É o calor liberado na reação de combustão de 1 mol de uma substância em presença de gás oxigênio O2(g) COMBUSTÃO COMPLETA: mais quantidade de oxigênio. Forma gás carbônico e água. COMBUSTÃO INCOMPLETA: menos quantidade de oxigênio. Produz menos quantidade de energia. Forma mais resíduos, como monóxido de carbono (CO) e água (H2O).


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• Estado Padrão: é a forma mais estável de uma substância a 25°C e a 1atm de pressão. São as substâncias simples. As substâncias que participam da reação de formação devem ser simples. Devem informar o estado físico. Sua variação de entalpia de formação padrão é zero. Exemplo de substância simples: C(grafite), O2(g), N2(g), H2(g), Na(s), S(s). 15) LEI DE HESS A Lei de Hess também pode ser chamada de Lei da Soma dos Calores de Reação é uma lei experimental e estabelece que a variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação. É uma forma de calcular a variação de entalpia através dos calores das reações intermediárias. Podem ser infinitas variações de entalpia. Em 1849, o químico Germain Henri Hess, efetuando inúmeras medidas dos calores de reação, verificou que: Definição: “O calor liberado ou absorvido numa reação química independe dos estados intermediários pelos quais a reação passa.” • Ou seja, a variação de entalpia de uma reação não depende de estados intermediários: depende apenas dos estados inicial e final da reação; • De acordo com essa lei é possível calcular a variação de entalpia de uma reação através da soma algébrica de equações químicas.

EXEMPLOS Exemplo 01:

Exemplo 02:


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Exemplo 03: Transforme: a) 30kcal em joule; b)5000 joule em caloria. Letra a : 1 kcal -------------- 4184 Joules 30 kcal ------------- x x = 30 . 4184 x = 125 520 Joules Letra b : 1 cal -------------- 4,18 Joules x -------------------- 5000 Joules 4,18x = 5000 x = 5000 / 4,18 x ≈ 1196,1 cal


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“Vamos refletir” De acordo com pesquisa em tabela de valores nutricionais de alimentos, apresentamos os dados a seguir:

Alimento Quantidade aproximada Valor energético*

Pão de fôrma fatiado 50 g (2 fatias) 141 kcal = 590 kJ

Margarina 10 g (1 colher de sopa) 59 kcal = 247 kJ

Macarrão instantâneo com tempero de carne e tomate 110 g (1 prato raso) 475 kcal = 1989 kJ

Pipoca sem tempero 25 g (1/4 xícara de chá de milho de pipoca)

78 kcal = 327 kJ

Biscoito recheado de morango 30 g (2,5 unidades) 145 kcal = 607 kJ

Biscoito integral, salgado, com gergelin 30 g (9 unidades) 136 kcal = 569 kJ

Feijão preto 75 g (1/2 xícara de chá) 257 kcal = 1076 kJ

Leite condensado 30 g (2 colheres de sopa) 102 kcal = 427 kJ

Doce de ameixa cremoso em pasta 20 g (2 colheres de sopa) 50 kcal = 209 kJ

Com base na tabela anterior, responda: 1. Qual o alimento que libera a maior quantidade de energia por grama? E qual libera a menor quantidade de energia?

• Pão de fôrma: 141 kcal / 50 g = 2,82 kcal/g • Margarina: 59 kcal / 10 g = 5,9 kcal/g • Macarrão instantâneo: 475 kcal / 110 g = 4,32 kcal/g • Pipoca: 78 kcal / 25 g = 3,12 kcal/g • Biscoito de morango: 145 kcal / 30 g = 4,83 kcal/g • Biscoito salgado: 136 kcal / 30 g = 4,53 kcal/g • Feijão preto: 257 kcal / 75 g = 3,43 kcal/g • Leite condensado: 102 kcal / 30 g = 3,40 kcal/g • Doce de ameixa: 50 kcal / 20 g = 2,5 kcal/g


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2. Uma criança ingeriu, no café da manhã, a seguinte refeição: 1 fatia de pão de fôrma com 2 g de margarina 5 biscoitos recheados de morango 3 biscoitos integrais com 10 g de doce de ameixa 1 copo de leite com chocolate em pó.

Considerando-se que o valor energético de 1 copo de leite com chocolate em pó é 815 kJ, qual será a quantidade energética ingerida pela criança durante o café da manhã?

• 1 fatia de pão: 25 g 295,0 kJ • 2 g margarina: 49,4 kJ • 5 biscoitos de morango: 60 g 1214,0 kJ • 3 biscoitos integrais: 10 g 189,7 kJ • 10 g doce ameixa: 104,5 kJ • 1 copo leite com chocolate: 815,0 kJ

Soma: 2667,6 kJ 3. (UFSJ – MG) Alguns alimentos, como por exem-plo, o chocolate, que tem 5,18 kcal/g, são proibidos em caso de dietas alimentares para emagrecimento. A corrida, como atividade física, consome cerca de 2600 kJ/h. Assim sendo, quanto tempo uma pessoa que comeu uma barra de 200 g de chocolate deve correr para gastar a energia adquirida? (Dado 1 cal = 4,18 J)

Dados: chocolate: = 5,18 kcal/g corrida = 2600 kJ/h consumo = 200 g chocolate tempo de corrida = ?

1 g chocolate – 5,18 kcal 200 g – x x = 1036 kcal 1 kcal – 4,18 kJ 1036 kcal – y y = 4330,48 kJ 1 h corrida – 2600 kJ z – 4330,48 kJ z = 1,66 h = 100 minutos

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