Reatividade Química Reatividade Química

Reatividade QuímicaReatividade QuímicaReatividade QuímicaReatividade QuímicaQual é a força motriz das reações químicas? Qual é a força motriz das reações químicas?

Como elas acontecem?Como elas acontecem?

A primeira é respondida pela A primeira é respondida pela TERMODINÂMICATERMODINÂMICA e a segunda pela e a segunda pela CINÉTICACINÉTICA..

Nós já vimos uma série de “forças motrizes” para Nós já vimos uma série de “forças motrizes” para reações que são reações que são PRODUTO-FAVORECIDASPRODUTO-FAVORECIDAS..

•• formação de um precipitadoformação de um precipitado

•• formação de gásformação de gás

•• formação de Hformação de H22O (reação ácido-base)O (reação ácido-base)

•• transferência de elétrons em uma bateriatransferência de elétrons em uma bateria

Reatividade Reatividade QuímicaQuímicaMas a transferência de energia também nos Mas a transferência de energia também nos

permite prever a reatividade.permite prever a reatividade.

Em geral, reações que transferem Em geral, reações que transferem energia para suas vizinhanças são energia para suas vizinhanças são produto-favorecidas.produto-favorecidas.

Vamos considerar a transferência de calor em processos Vamos considerar a transferência de calor em processos químicos.químicos.

Transferência de Calor Transferência de Calor em Um Processo Físicoem Um Processo FísicoTransferência de Calor Transferência de Calor em Um Processo Físicoem Um Processo Físico

COCO2 2 (s, -78 (s, -78 ooC) ---> COC) ---> CO2 2 (g, (g,

-78 -78 ooC)C)Calor é transferido da vizinhança ao sistema em um processo endotérmico.

Transferência de Calor Transferência de Calor em Um Processo Físicoem Um Processo Físico

• COCO2 2 (s, -78 (s, -78 ooC) ---> COC) ---> CO2 2

(g, -78 (g, -78 ooC)C)

• Arranjo regular de Arranjo regular de moléculas no sólido moléculas no sólido -----> moléculas na fase -----> moléculas na fase gasosa. gasosa.

• Moléculas de gás têm Moléculas de gás têm energia cinética mais energia cinética mais alta.alta.

Diagrama de níveis Diagrama de níveis de energia para de energia para transferência de transferência de energia térmicaenergia térmica

Diagrama de níveis Diagrama de níveis de energia para de energia para transferência de transferência de energia térmicaenergia térmica

∆E = E(final) - E(inicial) = E(gás) - E(sólido)

COCO22 sólido sólido

COCO22 gás gás

Transferência de Calor Transferência de Calor em Uma Mudança em Uma Mudança

FísicaFísica

Transferência de Calor Transferência de Calor em Uma Mudança em Uma Mudança

FísicaFísica

• Moléculas de gás têm energia cinética mais Moléculas de gás têm energia cinética mais alta.alta.

• Além disso, Além disso, TRABALHOTRABALHO é realizado pelo é realizado pelo sistema ao empurrar a atmosfera de lado. sistema ao empurrar a atmosfera de lado.

COCO2 2 (s, -78 (s, -78 ooC) ---> COC) ---> CO2 2 (g, -78 (g, -78 ooC)C)

Duas coisas aconteceram!Duas coisas aconteceram!

Primeira Lei da Primeira Lei da TermodinâmicaTermodinâmicaPrimeira Lei da Primeira Lei da TermodinâmicaTermodinâmica

∆∆E = q + wE = q + w

Energia térmica transferidaEnergia térmica transferida

Variação Variação de energiade energia

Trabalho Trabalho Realizado peloRealizado pelosistemasistema

A Energia é Conservada!A Energia é Conservada!

Saída de calorSaída de calor(exotérmico), -q(exotérmico), -q

Entrada de calorEntrada de calor(endotérmico), +q(endotérmico), +q

SiSTEMASiSTEMASiSTEMASiSTEMA

∆E = q + w∆E = q + w

Entrada de wEntrada de w(+w)(+w)

Saída de wSaída de w(-w)(-w)

ENTALPIAENTALPIAENTALPIAENTALPIA

A maioria das reações químicas ocorre a P A maioria das reações químicas ocorre a P constante, portantoconstante, portanto

E portanto ∆E = ∆H + w (e w é geralmente pequeno)E portanto ∆E = ∆H + w (e w é geralmente pequeno)

∆∆H = calor transferido a P constante ≈ ∆EH = calor transferido a P constante ≈ ∆E

∆∆H = variação na H = variação na quantidade de energiaquantidade de energia do sistemado sistema

∆∆H = HH = Hfinalfinal - H - Hinicialinicial

E portanto ∆E = ∆H + w (e w é geralmente pequeno)E portanto ∆E = ∆H + w (e w é geralmente pequeno)

∆∆H = calor transferido a P constante ≈ ∆EH = calor transferido a P constante ≈ ∆E

∆∆H = variação na H = variação na quantidade de energiaquantidade de energia do sistemado sistema


Calor transferido a P constante = qCalor transferido a P constante = qpp

qqpp = = ∆H∆H onde onde H = entalpiaH = entalpia

Calor transferido a P constante = qCalor transferido a P constante = qpp

qqpp = = ∆H∆H onde onde H = entalpiaH = entalpia

Se Se HHfinalfinal < H < Hinicialinicial então ∆H é negativo então ∆H é negativo

O processo é O processo é EXOTÉRMICOEXOTÉRMICO

Se Se HHfinalfinal < H < Hinicialinicial então ∆H é negativo então ∆H é negativo

O processo é O processo é EXOTÉRMICOEXOTÉRMICO

Se Se HHfinalfinal > H > Hinicialinicial então ∆H é positivo então ∆H é positivo

O processo é O processo é ENDOTÉRMICOENDOTÉRMICO

Se Se HHfinalfinal > H > Hinicialinicial então ∆H é positivo então ∆H é positivo

O processo é O processo é ENDOTÉRMICOENDOTÉRMICO

ENTALPIAENTALPIAENTALPIAENTALPIA


Considere a formação da águaConsidere a formação da água

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(g) + O(g) + 241,8 kJ241,8 kJ

Usando a EntalpiaUsando a EntalpiaUsando a EntalpiaUsando a Entalpia

Reação exotérmica: o calor é um “produto” e ∆H Reação exotérmica: o calor é um “produto” e ∆H = – 241,8 kJ= – 241,8 kJ

Fazer HFazer H22O O líquidalíquida a partir de a partir de

HH22 + O + O22 envolve envolve duasduas

etapas etapas exoexotérmicas. térmicas.

Usando a EntalpiaUsando a EntalpiaUsando a EntalpiaUsando a Entalpia

H2 + O2 gás

H2O líquidaH2O vapor

Fazer HFazer H22O de HO de H22 envolve duas etapas: envolve duas etapas:

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) ---> H(g) ---> H22O(g) + 242 kJO(g) + 242 kJ

HH22O(g) ---> HO(g) ---> H22O(liq) + 44 kJ O(liq) + 44 kJ -----------------------------------------------------------------------

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(liq) + 286 kJO(liq) + 286 kJ

Exemplo da Exemplo da LEI deLEI de HESSHESS

Se uma reação é a soma de 2 outras Se uma reação é a soma de 2 outras ou mais, o ∆H líquido (total) é a ou mais, o ∆H líquido (total) é a soma dos ∆H’s das outras reações. soma dos ∆H’s das outras reações.

Usando a EntalpiaUsando a Entalpia

A Lei de Hess e os A Lei de Hess e os Diagramas de Níveis de Diagramas de Níveis de

EnergiaEnergiaA formação de H2O pode

ocorrer em uma ou duas etapas. ∆Htotal é o mesmo, não importa o caminho seguido.

Figura 6.18, página 227 Kotz e Treichel

A Lei de Hess e os A Lei de Hess e os Diagramas de Níveis de Diagramas de Níveis de

EnergiaEnergiaA formação de CO2 pode

ocorre em uma ou duas etapas ∆Htotal é o mesmo, não importa o caminho seguido.

Figura 6.18, página 227 Kotz e Treichel

• Esta situação é válida porque ∆H é uma Esta situação é válida porque ∆H é uma FUNÇÃO DE ESTADOFUNÇÃO DE ESTADO

• Dependem apenas do estado de um Dependem apenas do estado de um sistema, e não do caminho para chegar lá.sistema, e não do caminho para chegar lá.

• V, T, P, energia — e sua conta bancária!V, T, P, energia — e sua conta bancária!• Ao contrário de V, T, e P, não é possível Ao contrário de V, T, e P, não é possível

medir o valor absoluto de H. Só podemos medir o valor absoluto de H. Só podemos medir ∆H.medir ∆H.

∆∆H caminho A =H caminho A =

∆∆H caminho BH caminho B

∆∆H caminho A =H caminho A =

∆∆H caminho BH caminho B

Valores de Entalpia Valores de Entalpia PadrãoPadrão


A maioria dos valores de ∆H é listada como A maioria dos valores de ∆H é listada como ∆H∆Hoo

Medido sob Medido sob condições padrãocondições padrão

P = 1 bar P = 1 bar

Concentração = 1 mol/LConcentração = 1 mol/L

T = geralmente 25 T = geralmente 25 ooCC

Com todas as espécies em seus estados padrãoCom todas as espécies em seus estados padrão..

Ex.: C = grafite e OEx.: C = grafite e O22 = gás = gás

Valores de EntalpiaValores de Entalpia Valores de EntalpiaValores de Entalpia

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(g)O(g)

∆∆H˚ = -242 kJH˚ = -242 kJ

2 H2 H22(g) + O(g) + O22(g) --> 2 H(g) --> 2 H22O(g)O(g)

∆∆H˚ = -484 kJH˚ = -484 kJ

HH22O(g) ---> HO(g) ---> H22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g)

∆∆H˚ = +242 kJH˚ = +242 kJ

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(liquid)O(liquid)

∆∆H˚ = -286 kJH˚ = -286 kJ

Dependem de como a reação é escrita e das fases Dependem de como a reação é escrita e das fases dos reagentes e produtos.dos reagentes e produtos.Dependem de como a reação é escrita e das fases Dependem de como a reação é escrita e das fases dos reagentes e produtos.dos reagentes e produtos.


NIST (National Institute for Standards and NIST (National Institute for Standards and Technology) dá valores deTechnology) dá valores de

∆∆HHffoo = entalpia padrão de formação molar*: = entalpia padrão de formação molar*:

Variação de entalpia quando 1 mol de composto Variação de entalpia quando 1 mol de composto é formado a partir de substâncias simples sob é formado a partir de substâncias simples sob condições padrãocondições padrão

*Valores tabelados em vários livros*Valores tabelados em vários livros

∆∆HHffoo, entalpia padrão de , entalpia padrão de formação molarformação molar

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(g)O(g)

∆∆HHffoo (H (H22O, g)= -241.8 kJ/molO, g)= -241.8 kJ/mol

Por definição, Por definição,

substâncias simples em seus substâncias simples em seus estados padrão: ∆Hestados padrão: ∆Hff

oo = 0 = 0

Usando os Valores de Entalpia Usando os Valores de Entalpia PadrãoPadrão


Use ∆H˚ para calcular a variação de Use ∆H˚ para calcular a variação de entalpia paraentalpia para

HH22O(g) + C(grafite) --> HO(g) + C(grafite) --> H22(g) + CO(g)(g) + CO(g)

(o produto é chamado “(o produto é chamado “water gaswater gas” – gás de água)” – gás de água)




Nos livros, encontramos queNos livros, encontramos que

• HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(g) O(g)

∆ ∆HHff˚ of H˚ of H22O vapor = - 242 kJ/molO vapor = - 242 kJ/mol

• C(s) + 1/2 OC(s) + 1/2 O22(g) --> CO(g)(g) --> CO(g)

∆ ∆HHff˚ of CO = - 111 kJ/mol˚ of CO = - 111 kJ/mol



HH22O(g) --> HO(g) --> H22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) ∆H(g) ∆Hoo = +242 kJ = +242 kJ

C(s) + 1/2 OC(s) + 1/2 O22(g) --> CO(g)(g) --> CO(g) ∆H∆Hoo = -111 kJ = -111 kJ

--------------------------------------------------------------------------------

Para converter 1 mol de água a 1 mol de HPara converter 1 mol de água a 1 mol de H22 e 1 e 1

mol de CO, mol de CO, são necessáriossão necessários 131 kJ de energia. 131 kJ de energia.

A reação é A reação é ENDOENDOtérmica.térmica.


∆∆HHoolíquidolíquido = +131 kJ = +131 kJ


∆∆HHoolíquidolíquido = +131 kJ = +131 kJ



Em geral, quando Em geral, quando TODASTODAS

as entalpias de formação as entalpias de formação

são conhecidas, são conhecidas,

Calcule o ∆H Calcule o ∆H da reação?da reação?

∆∆HHooreaçãoreação = =

∆ ∆HHffoo (produtos) (produtos)

- - ∆H ∆Hffoo (reagentes)(reagentes)

∆∆HHooreaçãoreação = =

∆ ∆HHffoo (produtos) (produtos)

- - ∆H ∆Hffoo (reagentes)(reagentes)

Lembre-se que ∆ sempre = final – inicial



Calcule o calor de combustão do metanol, Calcule o calor de combustão do metanol,

i.e., ∆Hi.e., ∆Hooreaçãoreação para para

CHCH33OH(g) + 3/2 OOH(g) + 3/2 O22(g) --> CO(g) --> CO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)

∆∆HHoorxnrxn = = ∆H ∆Hff

oo (prod.) - (prod.) - ∆H ∆Hff

oo (reag.)(reag.)



∆∆HHooreaçãoreação = ∆H = ∆Hff

oo (CO(CO22) + 2 ∆H) + 2 ∆Hff

oo (H(H22O) O)

- {3/2 ∆H- {3/2 ∆Hffoo

(O(O22) + ∆H) + ∆Hffoo

(CH(CH33OH)} OH)}

= (-393.5 kJ) + 2 (-241.8 kJ) = (-393.5 kJ) + 2 (-241.8 kJ)

- {0 + (-201.5 kJ)}- {0 + (-201.5 kJ)}

∆∆HHooreaçãoreação = -675.6 kJ por mol de metanol = -675.6 kJ por mol de metanol

CHCH33OH(g) + 3/2 OOH(g) + 3/2 O22(g) --> CO(g) --> CO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)

∆∆HHooreaçãoreação = = ∆H ∆Hff

oo (prod.) - (prod.) - ∆H ∆Hff

oo (reag.)(reag.)

Medida dos Calores de Reação

CALORIMETRIACALORIMETRIACALORIMETRIACALORIMETRIA

Calorímetro “bomba” a pressão constante

• Queime a amostra de combustível.

• Meça o calor liberado na reação.

• Encontre ∆E para a reação

CalorimetiaCalorimetia

Parte do calor da reação aquece a águaqágua = (calor esp.)(massa de água)(∆T)

Parte do calor da reação aquece a “bomba””qbomba = (capacidade calorífica, J/K)(∆T)

Calor liberado total = qtotal = qágua + qbomba

Calcule o calor de combustão do octano. Calcule o calor de combustão do octano. CC88HH1818 + 25/2 O + 25/2 O22 --> -->

8 CO8 CO22 + 9 H + 9 H22OO

•• Queime 1,00 g de octanoQueime 1,00 g de octano• T sobe de 25,00 para 33,20 T sobe de 25,00 para 33,20 ooCC• O calorímetro contém 1200 g de águaO calorímetro contém 1200 g de água• Capacidade calorífica da bomba = 837 Capacidade calorífica da bomba = 837

J/KJ/K

Medindo Calores de ReaçãoMedindo Calores de ReaçãoCALORIMETIACALORIMETIA


Passo 1Passo 1 Calcule o calor transferido para a águaCalcule o calor transferido para a água

q = (4,184 J/g•K)(1200 g)(8,20 K) = 41170 Jq = (4,184 J/g•K)(1200 g)(8,20 K) = 41170 J

Passo 2Passo 2 Calcule o calor transferido para a bomba. Calcule o calor transferido para a bomba.

q = (cap. Calorífica da bomba)(∆T)q = (cap. Calorífica da bomba)(∆T)

= (837 J/K)(8,20 K) = 6860 J= (837 J/K)(8,20 K) = 6860 J

Passo 3Passo 3 Calor liberado totalCalor liberado total

41170 J + 6860 J = 48030 J41170 J + 6860 J = 48030 J

Calor de combustão de 1,00 g of octano = - 48,0 kJCalor de combustão de 1,00 g of octano = - 48,0 kJ



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