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Relações de energia em Química
11--
TermoquTermoquíímicamica Termodinâmica -
o estudo da energia e suas
transformações. Alterações termoquímicos -
alterações de
energia associados com reações químicas. Sistema
é
a parte específica do universo de
interesse para nós Vizinhança
ou
Arredores
a parte do universo
não contidas no sistema.
1.11.1--Tipos de Tipos de sistemassistemasSistema
aberto
trocas
de massa e
energiaSistema
fechado
trocas de energia,
mas nenhuma massaSistema
isolado
nenhuma troca de
qualquer massa ou energia
1.11.1--Tipos de Tipos de sistemassistemas
SistemaAberto
Isolamento
Sistema lsoladoSistema
Fechado
Tampa/cortiça
1.21.2--Diferentes Diferentes tipostipos
de de energiaenergiaEnergia -
a capacidade de fazer trabalho.
A energia térmica -
associado aos movimentos aleatórios de átomos e moléculas.Energia térmica -
a transferência de
energia térmica entre dois objetos em diferentes temperaturas.
1.21.2--Diferentes Diferentes tipostipos
de de energiaenergia
Energia química -
energia armazenada no interior das unidades estruturais da substância química.Energia potencial -
a capacidade de um
objeto para realizar o trabalho por causa de sua posição em um campo de força.
1.21.2--
DiferentesDiferentes
tipostipos
de de energiaenergia
Energia cinética -
o trabalho que pode ser realizada por um objeto em movimento.
Unidade
de energia1 Joule (J)=1 kg m2/s2
Antiga unidade de energia1 calorie (cal)
= 4,184 J
22--
Lei da ConservaLei da Conservaçção da Energiaão da Energia
A energia é
criada nem destruída em processos químicos e físicos.
Convertida de um tipo para outra.
Isso também é
expressa em termos da primeira lei da termodinâmica
2.1-
Primeira lei da termodinâmica
if EEE
E = variação de energia interna do sistema
Ef e Ei a energia dos estados final e inicial, respectivamente
2.12.1--
PrimeiraPrimeira
Lei Lei dada
TermodinâmicaTermodinâmica
As reações químicas absorvem ou libertaram energia.
Reação exotérmica
o sistema
libera
calor para o ambiente.Endotérmico reação calor é
fornecido ao
sistema pelo ambiente.
2.1.12.1.1--
PrimeiraPrimeira
Lei Lei ConsolidadaConsolidada
Sistemas química -
a conversão de energia térmica em trabalho.
wqEEE if
2.22.2--
Sinais de calor e trabalhoSinais de calor e trabalho
Trabalho realizado pelo sistema no ambiente, ou seja, o
sistema
perdeu
energia
para
sua
vizinhança.
w < 0, ou
seja, é
negativo.
Trabalho realizado pelo ambiente no sistema, ou seja , sistema
ganhou
energia
de sua
vizinhança.
w > 0, ou
seja
, é
positivo
q < 0, fluxos de calor para ambientes
Exotérmico
(negativo)
q > 0, calor flui para o sistema
Endotérmico
(positivo)
2.32.3--
PressãoPressão--volume de volume de trabalhotrabalho
w = -Pop
V w = -Pop
(Vf
-Vi
)
Este é
o tipo de trabalho realizado pelos pistões nos motores de nossos automóveis!
Quanto maior a magnitude do Pop
, o gás tem de "trabalhar mais" para obter a mesma mudança de volume .
2.32.3--
PressãoPressão--volume de volume de trabalhotrabalho
2.42.4--
FunFunçções do Estado e Caminhoões do Estado e Caminho
E, H, V são exemplos de funções do estado. Funções
do estado–
valor numérico não depende de
como o processo é
realizado.
Trabalho (w) e q (calor) são funções caminhoA quantidade de trabalho realizado ou calor liberado
depende de como as mudanças no estados do sistema.
Entalpia (H) é
utilizada para quantificar o fluxo de calor para dentro ou para fora de um sistema de um processo que ocorre a uma pressão constante.
H = calor emitida ou absorvida durante a reação a uma pressão constante
Examine reação
química.C (s) + O2 (g)
CO2 (g)
E = E[CO2 (g)
] –
E[C(s)
] –
E[O2(g)
]
Esta reação tem uma variação de entalpia negativa (H = -393,5 kJ).
Pela primeira lei
meio
E + sist
E = 0meio
E = -sist
E
A energia "perdida" do sistema é
"ganha" nos arredores.
33--
Entalpias de formaEntalpias de formaçção ão --
entalpias entalpias padrão de reapadrão de reaççãoão
A variação de entalpia para a reaçãor
H = H(produto) -
H(reagentes) Não podemos medir os valores absolutos
das entalpias!! Como nós, "medimos" entalpias (ou o
conteúdo de calor) de espécies químicas ?
3.13.1--
ReaReaççãoão
de de formaformaççãoão
A Termodinâmica química é
o ponto de referência ."
Para CO e o CO2
C (s) + O2
(g) CO2
(g)C (s) + ½
O2
(g) CO (g)
A "formação" de CO e CO2
a partir de seus elementos constituintes em seus estados padrão em condições habituais.
Para a formação
de 1,0 mol de Na2
SO3
(s)
2 Na(s) + S(s) + 3/2 O2
(g)
Na2
SO3
(s)
A entalpia de formação "de Na2
SO3
(s)’,simbolizado
por
f
H[Na2
SO3
(s)]
3.13.1--
ReaReaççãoão
de de formaformaççãoão
3.1.13.1.1--
CondiCondiçções Padrão de reaões Padrão de reaçções ões termodinâmicastermodinâmicas
O sinal de grau, seja
ou , indica condições normaisP = 1,00 atm[espécies
aquosas] = 1,00 mol/L
T = temperatura
do interesse
(nota: 25C ou 298 K é
usado nas tabelas nos textos.
Estado alotrópico
mais
estável.
3.1.23.1.2--
Importância da entalpia de formaImportância da entalpia de formaççãoão
f
H°
é
uma
quantidade
mensurável!
Compare CO (g) com CO2
(g) C (s) + 1/2 O2
(g) CO (g)f
H°
[CO(g)] = -110,5 kJ/mol
C (s) + O2
(g) CO2
(g)f
H°
[CO2
(g)] = -
393,5 kJ/mol
A entalpia de formação para o CO2 (g)
é
maior do que a entalpia formação de CO (g)
.
3.1.33.1.3--
EntalpiasEntalpias
((calorescalores) de ) de reareaççõesõesEntalpias de formação -
ponto de
referência termodinâmica.
Formação dos elementos e substâncias simples é
uma reação nula –
f
H (elementos) = 0 kJ / mol.
Lei de Hess
Lei de Hess: Quando reagentes são convertidos em produtos, a variação da entalpia é
o mesmo se a reação tem lugar
em um passo/etapa ou de uma série de etapas.
Entalpia é
uma função de estado. Não importa como você chegar lá, apenas quando você começa e termina.
Calcular a entalpia padrão de formação de CS2 (l) , sendo dados:
C(grafite) + O2
(g) CO2
(g)
H0
= -393.5 kJf
S(rombico)
+ O2
(g) SO2
(g)
H0
= -296.1 kJf
CS2(l)
+ 3O2
(g) CO2
(g)
+ 2SO2
(g)
H0
= -1072 kJ
3.1.43.1.4--
CombustãoCombustão
de de PropanoPropanoEntalpia de formação do C3
H8(g)
: 3Cgrafite
+ 4H2(g)
→ C3
H8(g)
∆Hºf= -103,85kJ
Entalpia de formação do CO2(g)
: ∆Hºf= -
393,5 kJ
Entalpia de formação da H2
O(l) : ∆Hºf= -
285,8 kJ
CombustãoCombustão
de de PropanoPropano
C3
H8(g)
: C3
H8 (g)
+ 5 O2 (g) →
CO2 (g)
+ H2
O (l)
∆H= ?
3.1.53.1.5--
EquaEquaççãoão
geralgeral
Calcule mudanças de entalpia das entalpias de formação, como segue
-Inverter uma reação, o sinal da variação de entalpia para a reação é invertida. -Multiplicar uma reação por um número inteiro, a variação de entalpia é multiplicado pelo mesmo número inteiro.
reactants HnproductsHnH frfpr
3.1.63.1.6--
Outras importantes mudanOutras importantes mudançças de entalpiaas de entalpia
Muitos outros processos importantes estão associado a mudanças de entalpia. A medição das mudanças de calor para
esse processo pode nos dar alguns conhecimentos sobre as mudanças nas forças intermoleculares que ocorrem durante a transformação.
3.1.73.1.7--
EntalpiaEntalpia
((EnergiaEnergia) de ) de ligaligaççãoão
Olhe para o seguinte processo.
NaCl
(s) Na+
(g) + Cl-(g)
H = Hlig
. = +788 kJ/mol Energia
de ligação
Na+
(g) + Cl-(g) H2
O
Na+
(aq) + Cl-(aq)H = -784 kJ/mol
A 1ª
é
uma
reação
muito
endotérmica, devido
à
força da ligação
iônica!
3.23.2--
Calor de dissoluCalor de dissoluççãoão..
dissol
H
= o calor absorvido ou emitido quando uma quantidade de soluto (1mol) é
dissolvido numa
quantidade grande de solvente.
NaCl
(s) + H2
O Na+
(aq) + Cl-
(aq) H = + 4 kJ/mol
3.33.3--
Calor de diluiCalor de diluiççãoão
Para o processo,HCl
(aq, 6 M) HCl
(aq, 1 M).
Uma quantidade significativa de calor é libertado quando a solução de ácido é
diluída.
Esta é
a entalpia de diluição do ácido. dil
H = H(sol 2) – H(sol,1)
3.43.4--Calor Calor latentelatente
Calor Latente são as mudanças de entalpia associados com as transições de fase.
H2
O (l) H2
O (g) r
H = vap
H
entalpia
de vaporizaçãoH2
O (s) H2
O (l) r
H = fus
H
entalpia
de fusão
.H2
O (s) H2
O (g) r
H = sub
H
entalpia
de sublimação
.
44--
AlimentosAlimentos
e e combustcombustííveisveis A maioria das reações químicas que
produzem calor são reações de combustão. Nota -
todas as reações de combustão são
exotérmicas. Valores de combustível são geralmente
relatados como quantidades positivas .Obtendo valores dos combustíveis –
calorimetria .
4.14.1--
Calorias, calorias dos alimentos, e kJCalorias, calorias dos alimentos, e kJ
Quando lemos as nossas caixas de cereais, podemos ver o seguinte1 porção
cereal = 30 g cereal = 132 cal (490 kJ).
Não
é
1 caloria
= 4,184 J (não
4184 kJ)?Os valores de combustível de alimentos são
relatados como calorias alimentares (cal). 1,00 teor
calórico
dos alimentos
= 1000
calorias
térmicas
(cal) = 4184 J = 4,184 kJ.
4.24.2--
Combustão de carboidratos e Combustão de carboidratos e gordurasgorduras
A maior parte das necessidades energéticas do nosso corpo vem da queima de açúcar e gorduras.
Para a glicose (açúcar no sangue) de combustão
C6
H12
O6 (s) + 6O2
(g)6 CO2 (g)
+6H2
O(l) r
H
= -2816 kJ
Esta energia é
fornecida rapidamente para o corpo !
Valor médio de combustível de carboidratos =
17 kJ/g.
4.34.3--
GordurasGorduras
A combustão (metabolismo) de gorduras também produz CO2
e H2
O.
A combustão
de triestearina
C57
H110
O6 (s)
+163/2 O2
(g) 57 CO2 (g)
+ 55 H2
O (l).r
H
= -37.8 x 104
kJ
4.3.14.3.1--
Valor de energValor de energéético de Gordurastico de Gorduras
As gorduras são reservas de energia do corpo!
Insolúvel
em
água.
Valor médio
de energia
= 38 kJ/g –
cerca de duas vezes a dos hidratos de carbono.
4.44.4--
ConteConteúúdodo
calcalóóricorico
Para as proteínas -
valor médio do combustível = 17 kJ / g, aproximadamente o mesmo valor que para os hidratos de carbono.
As quantidades relativas de proteínas, gorduras e hidratos de carbono em alimentos determina o teor calórico.
4.54.5--
CombustCombustííveisveis
FFóósseissseis
Carvão, petróleo e gás natural são conhecidos como combustíveis fósseis. Eles são coletivamente a principal fonte de energia para o consumo comercial e pessoal.
Os combustíveis fósseis são misturas de vários tipos diferentes de compostos orgânicos.
Os valores de combustível de combustíveis fósseis está
diretamente relacionada com a quantidade de
carbono e hidrogênio no combustível.
4.54.5--
HidrogênioHidrogênio
comocomo
combustcombustíívelvel
O hidrogênio tem um valor de combustível enorme (142 kJ/g).
O produto da combustão é
inócuo -
a água.Obviamente, existem
problemas
!
Duas grandes dificuldades com H2
como uma fonte de combustível Onde é
que vamos obter o hidrogênio?
Como podemos armazenar o hidrogênio?