Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2ª Série Entalpia das reações químicas

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Ensino Médio, 2ª SérieEntalpia das reações químicas

QUÍMICA, 2º Ano do Ensino MédioEntalpia das Reações Químicas

Um cheeseburger (150 g) possui 600 kcal de energia.

Dez palitinhos de batata frita (100 g) têm valor calórico de 274 kcal.

Duas colheres de arroz = 88 kcalUma porção de carne de vaca = 140 kcalUma concha de feijão = 137 kcal

Valor Calórico dos Alimentos

Mais informações em http://www.chi.pt/extras/tabela_calorias.htm

acesso em 01/07/2012. Imag

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http://www.chi.pt/extras/tabela_calorias.htm

Informações NutricionaisQuantidade por porção %VD*

Valor energético 116 kcal = 487 kJ 6%

Carboidratos 18 g, dos quais: 6%

Açúcares 0 g **

Proteínas 1,6 g 2%

Gorduras Totais 4,3 g, das quais: 8%

Gorduras Saturadas 0,9 g 4%

Gorduras Trans 0 g **

Gorduras monoinsaturadas 2,7 g **

Gorduras poli-insaturadas 0,5 g **

Colesterol 0 mg 0%

Fibra alimentar 0 g 0%

Sódio 169 mg 7%

Potássio 31 mg **

Ácido Fólico*** 28 mcg 12%

Para uma porção de 25 g (2 xícaras)

* %VD são os valores diários com base numa dieta de 2.000 kcal;** Valores diários não estabelecidos;*** Nutriente naturalmente presente.

Tabela retirada de um salgadinho Cheetos, da PepsiCo.

Lembrete:kcal = QuilocaloriakJ = Quilojoule


ATIVIDADE: Informações Nutricionais

1) Utilizando a informação sobre o valor energético na tabela anterior, quantos quilojoules (kJ) correspondem a 1 quilocaloria (kcal)?

2) Comendo todo o conteúdo (48g) do salgadinho, quantas calorias estamos consumindo?

3) O que significa mcg na tabela?


Atividade Resolvida1) Por regra de três simples, podemos determinar que:

• multiplicando-se os meios pelos extremos, temos que:1 kcal = 4,198 kJ

2) Também, por regra de três simples, determinamos que:• para um consumo de 48 gramas, consumimos

222,72 kcal = 222.720 cal3) mcg significa microgramas, mas deveria ser

representado por m.

116 kcal 487 kJ

1 kcal x

correspondem a

deve ser igual a


Quantas calorias gastamos?

Atividade Física Gasto Calórico (kcal)

Alongamento 90

Andar de patins 196

Andar de bicicleta 126

Andar no mar com água nas canelas 140

Arrumar a cama 66

Assistir a televisão 41

Bater a tecla do computador 48

Beijar 30

Correr a 12 km/h 445

Dormir 30

Levar o cachorro para passear 150

Tabela baseada numa pessoa de 60 kg de massa corporal em atividades físicas cotidianas, num tempo de 30 minutos.

http://cyberdiet.terra.com.br/gasto-calorico-dos-exercicios-3-1-2-326.html, acesso em 19/06/2012.

Para saber sobre quantas calorias gastamos em outras atividades físicas, consulte o site:


http://cyberdiet.terra.com.br/gasto-calorico-dos-exercicios-3-1-2-326.html

Como se mede o calor dos alimentos?Normalmente, realiza-se a combustão dos alimentos em aparatos chamados de CALORÍMETROS.

Usamos a equação fundamental da calorimetria para calcular a quantidade de calor liberado nas combustões:

Q = m.c.tOndeQ = Calor liberado (em cal)m = Massa dos reagentes (em g)t = Variação da temperatura (em ºC)c = Calor específico (em cal/g°C)

Substância c (cal/g°C)

Água 1,0

Álcool 0,6

Alumínio 0,22

Ar 0,24

Restante da tabela disponível em http://fep.if.usp.br/~profis/experimentando/diurno/downloads/Tabela%20de%20Calor%20Especifico%20de%20Varias%20Substancias.pdf, acesso em 21/06/2012.


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http://fep.if.usp.br/~profis/experimentando/diurno/downloads/Tabela%20de%20Calor%20Especifico%20de%20Varias%20Substancias.pdf



Construção de um Calorímetro1. Termômetro2. Arame (agitador)*3. Tampa de isopor4. Lata de refrigerante5. Porta-mamadeira de isopor

Para visualizar a construção do calorímetro, você pode visitarhttp://www.youtube.com/watch?v=GmTVu8tF9rA, acesso em 20/06/2012.

SUGESTÃO: Use um termômetro clínico digital

* Opcional


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http://www.youtube.com/watch?v=GmTVu8tF9rA

PROCEDIMENTO• inicialmente, coloque a água no calorímetro;• verifique a temperatura da água;• em seguida, acrescente a água oxigenada e • depois a batata picada;• feche o calorímetro e verifique a nova temperatura de equilíbrio.

Calor de Decomposição da Água OxigenadaMATERIAIS• ½ batata inglesa picada;• 20 mL de água;• 100 mL de água oxigenada comercial (1 tubo);


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• A reação se processa a volume constante;• a equação química que representa a reação de

decomposição da água oxigenada é:2H2O2 2H2O + O2

• a reação se processa liberando calor, ou seja, é exotérmica;

• percebemos que houve liberação de calor pela elevação da temperatura, registrada no termômetro.

Para saber mais sobre o experimento, leia emhttp://www.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc29/10-EEQ-6106.pdf, acesso em 21/06/2012.00


Calor de Decomposição da Água Oxigenada

http://www.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc29/10-EEQ-6106.pdf

Entalpia (H)• É a medida da quantidade de calor liberada ou

absorvida num sistema (substância, reação química, processo físico, etc.), a pressão constante;

• representamos a entalpia pela letra H;• na prática, só conseguimos medir a variação da

entalpia (H): H = Hf – Hi

• Hf é a entalpia num estado final;

• Hi é a entalpia num estado inicial.


Para uma reação química, teremos:

• Quando houver absorção de calor, teremos:

• Quando houver liberação de calor, a equação é invertida:

REAGENTES PRODUTOS

Estado Inicial Estado Final

A BH = HP – HR

HR = Entalpia dos reagentesHP = Entalpia dos produtos

A + calor B

B A + calor

Os processos endotérmicos e exotérmicos são opostos!


Fique Atento!• O calor é uma forma de energia;• assim, usaremos as seguintes unidades de calor na

Termoquímica:

da mesma forma que utilizamos nos alimentos.


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• 1 cal = 4,18 J• 1 kcal = 1000 cal• 1 kJ = 1000 J

Termoquímica• É a parte da termodinâmica que estuda as trocas de

calor durante as transformações, sejam elas químicas ou físicas;

• como vimos, os processos podem ocorrer por absorção de energia ou por liberação de energia.

Para a água ferver, é necessário fornecimento de calor.

A chama da vela libera calor ao ambiente.


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Reações Endotérmicas REAGENTE + calor PRODUTO

ΔH = HP - HR

O sinal positivo de ΔH indica que houve absorção de energia durante o processo.

Como a entalpia dos reagentes é menor, para ocorrer a reação, é necessário...

Como HP > HR

Então, ΔH > 0

REAGENTE

PRODUTO

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CAMINHO DA REAÇÃO

A B

...absorção de calor

HR

HP

+ calor


REAGENTE PRODUTO + calor

HP

HR

Como a entalpia dos reagentes é maior, sempre que ocorrer a reação, acontecerá...

O sinal negativo de ΔH indica que houve liberação de energia durante o processo.

REAGENTE

PRODUTO

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CAMINHO DA REAÇÃO

B A

...liberação de calor

ΔH = HP - HR

Como HR > HP

Então, ΔH < 0

+ calor


Reações Endotérmicas

Termoquímica no Cotidiano 1• No programa Mais Você, da Rede globo, Ana Maria Braga

divulgou nacionalmente um processo endotérmico:

Veja o vídeo da demonstração emhttp://www.youtube.com/watch?v=OsY9IvFS8Mg, acesso em 21/06/2012.

A caneca possui estampa preta à temperatura ambiente.

Ao adicionarmos água morna, a caneca começa a revelar a imagem oculta.

Quando adicionamos água fria, a caneca volta a ficar preta!

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http://www.youtube.com/watch?v=OsY9IvFS8Mg

Coloque sabão em pó em uma de suas mãos.Em seguida, acrescente água e esfregue as mãos.

Você deverá notar que sua mão esquentou.

Dessa vez, lave suas mãos com uma mistura de água e álcool 70% (vendido em farmácias).Inicialmente, coloque a água e depois acrescente o álcool.Suas mãos também esquentarão.

Sabão em pó nas mãos:

Lavando as mãos com álcool e água:

Os experimentos NÃO trazem risco algum!


Termoquímica no Cotidiano 2

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Quais as explicações? Caneca que muda de cor:• podemos representar o processo por:

CANECA ESCURA + calor CANECA BRANCA;• ao adicionarmos água morna, estamos fornecendo calor à

caneca escura (ela absorve energia) temos um processo endotérmico;

Lavando as mãos:• tanto para o sabão em pó quanto para o álcool, suas misturas

com a água liberam calor temos um processo exotérmico;• ao ocorrer a dissolução do sabão (ou do álcool) na água, o

processo libera energia ao ambiente (nossas mãos sentem o aquecimento).


Variação de Entalpia nas Mudanças de Estados Físicos

SólidoLíquido Gasoso

As moléculas movimentam- -se rapidamente

Possuem alta energia

As moléculas estão muito próximas, dificultando

seus movimentos

Possuem baixa energia

Possuem energia intermediária

Sentido endotérmico das mudanças de estados

H2O (s) H2O (l) H2O (l) H2O (g)FUSÃO VAPORIZAÇÃO

Sentido exotérmico das mudanças de estados


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Estado Padrão• Estado padrão de uma substância corresponde ao

seu estado físico e alotrópico mais estável nas condições ambientes (25 °C e 1 atm);

Entalpia Padrão (H°)• é a entalpia de uma substância no seu estado

padrão; por convenção, toda substância simples no estado

padrão possui entalpia igual a zero.• H° (Substância simples) = 0


Equação Termoquímica• Para a equação de decomposição da água oxigenada,

temos:

• para escrevermos uma equação termoquímica, deveremos:

• balancear a equação;• indicar os estados físicos;• revelar o ΔH da reação.

H2O2 H2O + O22 2 1(aq) (l) (g) ΔH = - 196 kJ/mol


Entalpia das Reações QuímicasEntalpia de Formação• calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de

uma substância a partir de substâncias simples, no estado padrão (com H° = 0).

1 H2(g) + 1/2 O2 (g) 1 H2O (l) ΔH = -286 kJ/mol• dessa forma, uma tabela de entalpias-padrão de

formação pode ser construída;• como nem todas as equações químicas possuem seus

valores de ΔH determinados, usamos:

REAGPROD ffreação HHH


Entalpia-padrão de formação de algumas substâncias no estado padrão (25 °C e 1 atm)

Substância Fórmula/Estado Físico ΔHf° (kJ/mol)

Gás carbônico CO2(g) -394

Gás acetileno C2H2(g) +227

Etanol C2H5OH(l) -278

Água H2O(l) -286

Cloreto de hidrogênio HCl(g) -92,5

Peróxido de hidrogênio H2O2(l) -188

Cloreto de sódio NaCl (s) -413

Amônia NH3(g) -46

Ácido acético CH3COOH(l) -487


Cálculo da entalpia de decomposição da água oxigenada• No nosso calorímetro, verificamos que a temperatura

aumentou com a decomposição da água oxigenada. Como podemos prever o valor da entalpia?

• Usando as informações sobre as entalpias de formação da tabela anterior e sabendo que

2 H2O2 2 H2O + O2

• H = [2 . (-286) + 1 . 0] – [ 2 . (-188)] = -572 + 376 = - 196 kJ/mol

REAGPROD ffreação HHH

eEntão...


Entalpia das Reações QuímicasEntalpia de Combustão• é a energia liberada na combustão completa de 1 mol de

uma substância no estado padrão;• as reações de combustão são aquelas em que um

combustível reage com o gás oxigênio (comburente);• todas as reações de combustão possuem entalpia

negativa (ΔH < 0);• a variação de entalpia na combustão pode ser chamada de

entalpia de combustão, ΔH de combustão, calor de combustão ou entalpia-padrão de combustão.


Atenção!• A reação entre os gases N2 e O2 do ar, provocada pela

passagem de raios durante tempestades na atmosfera, não deve ser classificada como combustão, uma vez que o processo absorve energia:

N2(g) + O2(g) 2NO(g) ΔH = +180 kJ/mol


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Energia de Ligação• é a energia absorvida na quebra de 1 mol de ligações, no

estado gasoso, a 25 °C e 1 atm;• nos Reagentes acontecem quebras de ligações assim, o

processo é ENDOTÉRMICO ou seja, ΔH > 0;• nos Produtos acontecem formações de ligações então,

o processo é EXOTÉRMICO ou seja, ΔH < 0;• para determinar a variação de entalpia da reação,

somamos todas as entalpias das ligações (quebradas e formadas):

Ligaçãoreação HH

Somatório de todas as energias de ligações, observando-se os sinais.


Aplicação no Vestibular• (UPE 2005/Química 1) A energia de ligação (H – N) em kJ/mol

é igual a...• Dados: 3H2(g) + N2(g) → 2 NH3(g), ΔH = - 78 kJ/mol.

Energia de ligaçãoH – H 432 kJ/molN≡N 942 kJ/mol

Inicialmente, reescrevemos a equação química detalhando as ligações...

3 2432 942

y

3 ligações H – H 3 x (+ 432)

1 ligação N N 1 x (+ 942) 6 ligações N – H 6 x y

+

Reagentes ΔH > 0


Cálculo da Entalpia da Ligação N – H• Como as ligações N – H são formadas

(produtos), esperamos que as mesmas sejam negativas;

• utilizando HREAÇÃO =HLIGAÇÃO, temos:

-78 = 3 . 432 + 1 . 942 + 6 . y -78 = 1296 + 942 + 6y

6y = -78 – 22386y = -2316

y = -386 kJ/molA ligação N – H é negativa, como era de se esperar.


M C

D + B M + K

A + K D

Leis de Hess• A variação de entalpia (H) de uma reação é sempre a

mesma, independentemente do número de etapas em que tenha que ocorrer.

A + B C

D A + K

D + B M + K

M C

Deveremos calcular o H da equação H = ?

H1

H2

H3

A partir das equações... Que deverão ficar...

-H1

H2

H3

A B+ C

+

H = – H1 + H2 + H3

Somamos as equações...

Obtemos:

E a entalpia é calculada como


Aplicação no Vestibular• (Covest 2000) A partir das entalpias padrão das reações de

oxidação do ferro dadas abaixo,

Fe(s) + ½ O2(g) FeO(s); ΔH° = – 64 kcal /mol

2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) Fe2O3 (s); ΔH° = – 196 kcal/mol

determine a quantidade de calor liberada a 298 K e 1 atm na reação:

2 FeO (s) + ½ O2 (g) Fe2O3 (s)


Aplicação no Vestibular

Fe(s) + ½ O2 (g) FeO (s)

2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) Fe2O3 (s)

Deveremos calcular o H da equação 2 FeO (s) + ½ O2 (g) Fe2O3 (s)

A partir das equações... Que deverão ficar...

Somamos as equações...

Obtemos:

E a entalpia é calculada como

2 FeO(s) 2 Fe(s) + 1 O2(g)

2 Fe (s) + 1,5 O2 (g) Fe2O3(s)

x (-2)

ΔH° = – 196

ΔH° = + 128

+

2 FeO (s) ½ O2 (g) Fe2O3 (s)+

ΔH = - 196 + 128 = -68 kcal/mol

RESOLUÇÃO


Quem foi Hess?• Germain Henry Hess (Genebra, 1802 – S. Petersbugo,

1850): químico e médico suíço que formulou um dos princípios da Termoquímica, hoje conhecido como Lei de Hess. Foi autor de um livro didático sobre Química que foi uma obra padrão russa durante várias décadas.

1822 – Começou a estudar medicina na Universidade de Tartu (Estônia).1825 – Tornou-se médico.1830 – Tornou-se professor do Instituto Tecnológico em São Petersburgo.1840 – Publicação da Lei de Hess.


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Mais entalpia no cotidiano e no Youtube...Verificamos uma aplicação interessante da termoquímica nos carrinhos da Hot Wheels Color Shifters emhttp://www.youtube.com/watch?v=8AKe_ucebUk

Que tal dar uma compressa sem ter que esperar a água esquentar ou virar gelo? Veja a bolsa térmica instantânea emhttp://www.youtube.com/watch?v=6tSVWzjpXik

A mudança de cor dos carrinhos ilustra o fenômeno de termocromismo.

Uma reação química libera tanto calor, que aquece a bolsa.Ou absorve tanto calor do ambiente, que congela a bolsa instantaneamente.


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Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso

2A Henrique Dante de Almeida / Creative

Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rice_and_beans,_Hotel_in_Itatiaia.jpeg?uselang=pt-br

24/08/2012

2B Miansari66 / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:French_fries_(Potato_Chips).JPG?uselang=pt-br

24/08/2012

2C Michael Dorausch / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.0 Genérica

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Double_Cheese_Cheeseburger.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

7 Harbor1 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bombenkalorimeter_mit_bombe.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

8A BrokenSphere / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rectangular_styrofoam_food_container.JPG

24/08/2012

8B Cane cane / Public Domain http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lata_Coca_Cola.JPG

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8C Biol / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Koortsthermometers-AFEC-0120-Lot240901%2BHartmann-0123-Lot3499.jpg

24/08/2012

8D Lion / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Calorimeter.jpg?uselang=pt-br

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9A Alex Khimich / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydrogen_peroxyde_uk.jpg

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Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso

9B കാ�ക്കര /Creative Commons Attribution-

Share Alike 3.0 Unportedhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Potato_%E0%B4%89%E0%B4%B0%E0%B5%81%E0%B4%B3%E0%B4%95%E0%B4%BF%E0%B4%B4%E0%B4%99%E0%B5%8D%E0%B4%99%E0%B5%8D.JPG

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13 SCEhardt / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CheetosCrop.jpg

24/08/2012

14A GRAN / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boiling_water.jpg?uselang=pt-br

24/08/2012

14B Paolo Costa Baldi / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Candle_in_the_dark.JPG?uselang=pt-br

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18A Bukk/Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:3_Sorten_waschpulver.jpg

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18B Diane A. Reid, Photographe/United States Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ethyl_alcohol_usp_grade.jpg

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20 Luis Javier Rodriguez Lopez/ GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solid_liquid_gas.svg?uselang=pt-br

24/08/2012

27 Thomas Dwyer / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Las_Vegas_Lightning_Storm.jpg

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34 Autor desconhecido/Disponibilizado por Astrochemist/Domínio Público

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hess_Germain_Henri.jpg

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Documents

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2ª Série Entalpia das reações químicas