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De onde vem a energia ? Combustíveis Fósseis Alternativos Carvão Gás natural Petróleo bruto Hidrogénio Álcool Bioalcool biodiesel biogás

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De onde vem a energia ?

Combustíveis

Fósseis Alternativos

CarvãoGás natural

Petróleo bruto

HidrogénioÁlcool

Bioalcool biodiesel

biogás

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ENERGIA1.doc

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ENERGIA

ENTALPIA

CALOR

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ENERGIA

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Variação de energia é a diferença entre a energia do estado final e a energia do estado inicial

E = E final – E inicial

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Por convenção :

Qualquer energia que saia do sistema para exterior

é negativa, o que significa que a energia final é

menor que a energia inicial.

Qualquer energia que entre para o sistema é

positiva, o que significa que a energia final é

maior que a energia inicial.

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CALOR

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A transferência de energia do exterior ou para o exterior é a causa do fenómeno a que chamamos calor.

A quantidade de energia absorvida ou libertada numa reação química é chamada calor da reação Q.

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Se a energia libertada na combustão de hidrocarbonetos ( como o metano ) for utilizada , sem perdas, para aquecer uma dada quantidade de água é possível calcular o valor da energia envolvida na combustão através da variação de temperatura sofrida pelo sistema quando isolado .

As reações de combustão libertam energia que poderá ser aproveitada

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Q cedido pela combustão = Q recebido pela água

Q = c.m.T

Q = energia disponibilizada na reacção ( J )

C = capacidade térmica mássica do sistema ( J g-1 ºC-1)

m = massa do sistema (em g )

T = variação de temperatura sofrida pelo sistema (considerado isolado) ( em ºC ou K, a variação é igual )

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ENTALPIA

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Normalmente o calor da reação é medido em condições de volume e pressão constantes.

Como grande parte das reações a nível biológico, ambiental e laboratorial não ocorrem a volume constante mas ocorrem a pressão constante ( normalmente à pressão atmosférica ), surge uma nova definição - ENTALPIA

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Entalpia é uma grandeza cuja variação depende apenas do estado inicial e final do sistema e que se define como

H = U + PV

Energia interna

pressão

volume

entalpia

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•Por não ser possível medir valores absolutos de entalpia, o que se mede numa reação química é a variação de entalpia, H, também designada por entalpia da reação .

•A variação de entalpia, H, é a quantidade de energia posta em jogo numa reação química a pressão constante,Qp.

H = QP

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H0reação = n H0

f ( produtos) - n H0f ( reagentes)

n = nº de moles de cada reagente ou produto da reação

H0reação = variação de entalpia padrão da reação

( recção nas condições padrão )

Condições padrão :

Temperatura – 298K ( 25ºC)

Pressão – 1bar (1 x 105 Pa) para gases

Concentração – 1 mol/dm3 para soluções

Estado puro para sólidos e líquidos

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C3H8(g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)

Para a reação:

H0reacção = [3 H0

f (CO2) + 4 H0f (H2O)] – [H0

f (C3H8 ) + 5 H0f (O2) ]

H0f ( produtos) H0

f ( reagentes)

Um exemplo

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Combustão do hidrogénio

Liberta 241,8 KJ/mol H = - 241,8 KJ/mol

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Combustão do metano

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Para saber a variação de entalpia da reação é necessário calcular a energia disponibilizada como calor quando uma mol de combustível é queimado

H = Qn

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Os valores de entalpia padrão, associados a várias reações, estão tabelados.

O conhecimento destes valores para alguns dos combustíveis mais usados é importante, pois permite avaliar o seu “poder energético”

O “poder energético ”pode ser avaliado através dos valores da energia produzida na combustão de 1Kg de combustível.

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nº de átomos de carbono da cadeia

quantidade de oxigénio da molécula

posição do grupo funcional

Associa-se o “poder energético” a três factores :

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Nº de átomos de carbono na cadeia :

Os hidrocarbonetos de cadeia mais carbonatada apresentam maior valor de H combustão

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Quantidade de oxigénio da molécula :

SubstânciaEntalpia padrão

de combustão KJ/mol

SubstânciaEntalpia

padrão de combustão

KJ/mol

CH4 -890 CH3OH -726

C2H6 -1560 C2H5OH -1368

C3H8 -2220 C3H7OH -2021

Os compostos oxigenados (com oxigénio) possuem menor valor de entalpia de combustão .

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Como explicar ?

Quando se faz a combustão de metano e de metanol , os produtos de combustão são os mesmos : CO2 e H2O

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H = - 890 KJ/mol

• quebra de ligações C – H e O – O

• formação de ligações C – O e H – O

Combustão do metano

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Combustão do metanol

Há também quebra de ligações C – H e O – O e formação de ligações C – O e H – O mas o metanol já tem uma ligação H – O na molécula, o que significa que é menos uma ligação que se forma, daí menor valor de energia libertada .

H = - 726 KJ/mol

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Posição do grupo funcional

No caso dos álcoois, verifica-se que a posição do grupo funcional altera ligeiramente o valor da entalpia de combustãoÁlcoois secundários são mais estáveis que os álcoois primários.

Para a formação de CO2 e H2O têm que ser quebradas as

ligações das moléculas iniciais, gastando-se tanto mais energia quanto mais estáveis estas forem.

Propan-1-ol – ΔH = - 2021KJ/mol ( primário )

Propan-2-ol – ΔH = - 2006KJ/mol ( secundário )

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Para a determinação de ΔH não interessacomo se passa dos reagentes para os produtos, nem em quantas etapas ocorre, mas apenas qual a entalpia dos reagentes e a dos produtos.

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A determinação de entalpia para reações

que ocorrem em várias etapas e que são

de difícil determinação experimental,

pode ser feita através de cálculo por soma

dos valores das entalpias tabeladas das

reações parcelares .

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A entalpia de uma reação é a soma da entalpia de todas as reações envolvidas entre o estado inicial e final .

Lei de Hess

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Uma aplicação da Lei de Hess :

A conversão

Resulta das etapas representadas pelas seguintes equações químicas :

C (s) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -75,3 KJ/mol

C (g) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -795,2 KJ/mol

Re-arranjando as equações de modo a obter a equação desejada por soma destas, vamos inverter a 2ª equação

C(s) C (g) H = ?

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C (s) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -75,3 KJ/mol

CH4 (g) C (g) + 2H2 (g) H = +795,2 KJ/mol *

C (s) C (g) H = +719,9 KJ/mol

* Ao inverter a equação, o sinal da entalpia muda pois a reação inversa de uma reação exotérmica é uma reação endotérmica .