TERMOQUÍMICA TERMOQUÍMICA 

A QUÍMICAA QUÍMICA            DOS EFEITOS            DOS EFEITOS

                    ENERGÉTICOS.                    ENERGÉTICOS.  Profª. Norilda Siqueira de OliveiraProfª. Norilda Siqueira de Oliveira

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Os princípios fundamentais do calor e do Os princípios fundamentais do calor e do trabalho se aplicam no estudo de uma reação trabalho se aplicam no estudo de uma reação química e nas mudanças do  estado físico de química e nas mudanças do  estado físico de uma substância.uma substância.

OBSERVE OSOBSERVE OSFENÔMENOSFENÔMENOS

Nesses fenômenos ocorrem transformações Nesses fenômenos ocorrem transformações físicas e (ou) químicas envolvendo vários físicas e (ou) químicas envolvendo vários tipos de energia.tipos de energia.

As variações de energia, nas reações As variações de energia, nas reações químicas, manifestam-se sob a forma de químicas, manifestam-se sob a forma de calor (geralmente) e luz liberada ou calor (geralmente) e luz liberada ou absorvida.absorvida.

A origem da energia de uma reação A origem da energia de uma reação decorre basicamente, de um novo arranjo decorre basicamente, de um novo arranjo para as ligações químicas.para as ligações químicas.

A energia é conservativa, não pode ser A energia é conservativa, não pode ser criada ou destruída. Apenas criada ou destruída. Apenas transformada!transformada!

Se liga!Se liga!

Não confunda “temperatura” com “calor”!!!Não confunda “temperatura” com “calor”!!!    CALOR é a energia em trânsito de um corpo a uma CALOR é a energia em trânsito de um corpo a uma

temperatura mais alta para um corpo a uma temperatura mais temperatura mais alta para um corpo a uma temperatura mais baixa. Ou seja, há variações de temperatura. baixa. Ou seja, há variações de temperatura.

Quando você sente uma sensação quente, é porque recebeu Quando você sente uma sensação quente, é porque recebeu energia .energia .

Quando a sensação é de frio, significa que você perdeu Quando a sensação é de frio, significa que você perdeu energia.energia.

O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES O PROCESSO DE MEDIDA DOS CALORES DE REAÇÃO É  DENOMINADO DE REAÇÃO É  DENOMINADO 

CALORIMETRIA.CALORIMETRIA.  

O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA O APARELHO QUE MEDE A ENTALPIA DA REAÇÃO É DENOMINADO REAÇÃO É DENOMINADO 

CALORÍMETROCALORÍMETRO. . 

Como o calor pode ser medido?Como o calor pode ser medido?

Calorímetro: para Calorímetro: para reações em meio reações em meio aquoso.aquoso.

Bomba calorimétrica: Bomba calorimétrica: para reações de para reações de combustão.combustão.

Nos dois casos o calor é transferido para uma massas de água e obtido a partir da expressão: Q = m. C. ∆T

Medidas de caloriasMedidas de calorias CALORIACALORIA é a quantidade de energia necessária é a quantidade de energia necessária para aumentar de 1ºC a temperatura  de 1 g de água. para aumentar de 1ºC a temperatura  de 1 g de água. 

JOULE JOULE é a quantidade de energia necessária paraé a quantidade de energia necessária para deslocar uma massa de 1kg, inicialmente em repouso,deslocar uma massa de 1kg, inicialmente em repouso, fazendo percurso de 1 metro em 1 segundo. fazendo percurso de 1 metro em 1 segundo. 

1 cal = 4,18 J 1 cal = 4,18 J 

1 kcal = 1000 cal 1 kcal = 1000 cal 

1 kJ = 1000 J1 kJ = 1000 J

EXEMPLOEXEMPLO 1000cal = 1 Kcal1000cal = 1 Kcal X = 13 KcalX = 13 Kcal X= 13.000 calX= 13.000 cal

1000J = 1KJ1000J = 1KJ X = 55 KJX = 55 KJ X = 55.000 JX = 55.000 J

1 cal = 4,18 J1 cal = 4,18 J X = 55.000 JX = 55.000 J X = 13.157,89 calX = 13.157,89 cal

EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA (requisitos)(requisitos)

   1- O ajustamento da equação química.1- O ajustamento da equação química.

2- Os estados físicos e alotrópicos (quando for o caso) de 2- Os estados físicos e alotrópicos (quando for o caso) de todas as substâncias. todas as substâncias. 

3-Indicação da entalpia molar, isto é, por mol de produtos 3-Indicação da entalpia molar, isto é, por mol de produtos formados ou reagentes consumidos. formados ou reagentes consumidos. 

4- As condições físicas em que ocorre a reação, ou seja,4- As condições físicas em que ocorre a reação, ou seja,       temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm  é o comum) temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm  é o comum) 

  

AlotropiaAlotropia

A A forma alotrópica mais estávelforma alotrópica mais estável de uma  de uma substância é aquela que apresenta substância é aquela que apresenta menor menor energiaenergia e a esta é atribuído valor de entalpia  e a esta é atribuído valor de entalpia igual a zero (H = 0). É costumeiro se indicar igual a zero (H = 0). É costumeiro se indicar entalpia em condição padrão por entalpia em condição padrão por ΔHΔH00. Assim, . Assim, para as formas alotrópicas do elemento para as formas alotrópicas do elemento químico carbono, oxigênio e enxofre,temos... químico carbono, oxigênio e enxofre,temos...

Estados alotrópicos mais comuns.Estados alotrópicos mais comuns.

Carbono C Carbono C (grafita)(grafita)

CC(diamante)(diamante)

Oxigênio OOxigênio O2(g) 2(g) e Oe O3(g)3(g)

Estados alotrópicos mais comuns.Estados alotrópicos mais comuns.

  

Na fotossíntese ocorre absorção de calor.Na fotossíntese ocorre absorção de calor.

luzluz 6 CO6 CO 2  2  + H + H2 2 OO →→     C     C66HH1212OO66  +  6 O  +  6 O22

clorofilaclorofila

Na combustão do etanol ocorre liberação de calor. Na combustão do etanol ocorre liberação de calor. 

CC22HH55OH + 3 OOH + 3 O2 2 →→ 2 CO 2 CO2 + 2 +   3 H  3 H22OO

EFEITOS ENERGETICOS NAS EFEITOS ENERGETICOS NAS REAÇÕES QUÍMICASREAÇÕES QUÍMICAS

As reações podem ser de dois tipos:As reações podem ser de dois tipos:

Quando envolve Quando envolve liberação de calorliberação de calor, denomina-se, denomina-se       REAÇÃO EXOTÉRMICA. (aquecem o ambiente). REAÇÃO EXOTÉRMICA. (aquecem o ambiente). 

(ex: processos de combustão, respiração animal..)(ex: processos de combustão, respiração animal..)

Quando envolve Quando envolve absorção de calorabsorção de calor, denomina-se, denomina-se       REAÇÃO ENDOTÉRMICA. (esfriam o ambiente).REAÇÃO ENDOTÉRMICA. (esfriam o ambiente). (ex: fotossíntese, cozimento de alimentos...)(ex: fotossíntese, cozimento de alimentos...)

CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIAENTALPIA

∆∆ H = H H = H (PRODUTOS)(PRODUTOS) – H  – H (REAGENTES) (REAGENTES) 

Se    HSe    HRR > H > HPP                      ∆∆ H  H  <<  0     0    EXO EXO

Se    HSe    HRR  <  H  <  HPP                      ∆∆ H  > 0    H  > 0     ENDO  ENDO

HHPP   =   ENTALPIA  PRODUTO   =   ENTALPIA  PRODUTO  

HHRR   =   ENTALPIA  REAGENTE   =   ENTALPIA  REAGENTE  

∆∆H   =  VARIAÇÃO DE  ENTALPIAH   =  VARIAÇÃO DE  ENTALPIA

REAÇÃO EXOTÉRMICAREAÇÃO EXOTÉRMICA  

A    +    B      A    +    B      →→     C    +    D   +   CALOR      C    +    D   +   CALOR     

CC(grafite ) (grafite ) +   O +   O2(g)2(g)        →→    CO    CO2(g)2(g)                                ∆∆ H =  –  H =  – 94,0 kcal/mol94,0 kcal/mol

CC(grafite )(grafite ) +   O +   O2(g)2(g)        →→    CO    CO2(g)2(g) + 94,0 Kcal/mol + 94,0 Kcal/mol

REAÇÃO EXOTÉRMICAREAÇÃO EXOTÉRMICA∆∆ H = H p – H r  H = H p – H r 

∆∆ H = 10 - 20 = - 10 H = 10 - 20 = - 10HHRR >  H >  HPP                      ∆∆ H  H  <<  0     0    EXO EXO

REAÇÃO ENDOTÉRMICAREAÇÃO ENDOTÉRMICA  

A    +    B    +   CALOR   A    +    B    +   CALOR   →→    C    +    D    C    +    D  

CHCH4(g)4(g)        →→ C C(grafite)(grafite) +  2H +  2H2(g)2(g)        ∆∆ H =  +  H =  + 17,9kcal/mol17,9kcal/mol

CHCH4(g) 4(g)   +    +  17,9kcal/mol17,9kcal/mol    → → C C(grafite)(grafite) +  2H +  2H2(g)2(g)      

REAÇÃO ENDOTÉRMICAREAÇÃO ENDOTÉRMICA∆∆ H = H p – H r  H = H p – H r 

∆∆ H = 20-10 = + 10 H = 20-10 = + 10Se    HSe    HRR  <  H  <  HPP      ∆∆ H  >   0    H  >   0     ENDO  ENDO

Exemplos de reações Exemplos de reações

CHCH4(g)4(g)      →→    C    C(grafite)(grafite)+   2H+   2H2(g)2(g)                              ∆∆ H =  +  H =  + 17,9 kcal/mol  17,9 kcal/mol 

FeFe33OO4(s)4(s)    →→   3 Fe3 Fe(s)(s)   +  2 O +  2 O2(g)2(g)            ∆∆ H =  H = + + 267,0 kcal267,0 kcal  

CC(grafite )(grafite ) +   O +   O2(g)2(g)        →→    CO    CO2(g)2(g)                                ∆∆ H =  –  H =  – 94,0 kcal/mol 94,0 kcal/mol 

2 H2 H2(g)2(g)  +  O  +  O2(g)2(g)    →→   2 H   2 H22OO(l)(l)                                  ∆∆ H =  H = – 136,8 kcal/mol – 136,8 kcal/mol 

Tipos de entalpia ou Tipos de entalpia ou calores de reação.calores de reação.

1- Entalpia de formação (ΔH°1- Entalpia de formação (ΔH°ff))

É o calor liberado ou absorvido na formação É o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância no estado-padrão, de 1 mol de uma substância no estado-padrão, a partir de substância simples.a partir de substância simples.

Ex: Formação da Ex: Formação da AmôniaAmônia   NN2(g) 2(g) + 3/2 H+ 3/2 H2(g)2(g)  →→ NH NH3(g)3(g) ΔH° ΔH°ff = -286KJ = -286KJ

2 –Entalpia de 2 –Entalpia de decomposiçãodecomposição (ΔH° (ΔH°dd))

Pode ser considerada como a entalpia inversa a Pode ser considerada como a entalpia inversa a de formação de uma substância.de formação de uma substância.

H2O2(l) →→ H2O(l) + ½ O2 (g) ∆ H = -90 KJ/mol

3 – Entalpia de 3 – Entalpia de combustão (ΔH° (ΔH°CC))

É o calor liberado na queima de 1 mol de uma É o calor liberado na queima de 1 mol de uma substância no estado-padrão.substância no estado-padrão.

Ex: Queima do enxofre Ex: Queima do enxofre SS(s)(s) + O + O2(g)2(g)  →→ SO SO2(g) 2(g) ΔH°ΔH°C C = -78 KJ/mol= -78 KJ/mol

Reação de combustão de matéria Reação de combustão de matéria orgânica ( C, H, O)orgânica ( C, H, O)

CHCH4(g)4(g) + 2O + 2O2(g)2(g) → CO → CO2(g)2(g) + 2H + 2H22O O (l)(l) ΔH = - 802 kJ/mol ΔH = - 802 kJ/mol

(energia liberada)(energia liberada)

Combustão incompleta do metano:Combustão incompleta do metano: CHCH4(g)4(g) + 3/2 O + 3/2 O2(g)2(g) → CO → CO(g)(g) + 2H + 2H22OO(l) (l) ΔH = - 520 kJ/mol ΔH = - 520 kJ/mol

CHCH4(g)4(g) + O + O2(g)2(g) → C → C(s)(s) + 2H + 2H22OO(l) (l) ΔH = - 408,5 kJ/mol ΔH = - 408,5 kJ/mol

4 – Entalpia de 4 – Entalpia de dissoluçãodissolução (ΔH° (ΔH°dd)) É a variação de entalpia que acontece É a variação de entalpia que acontece

durante a dissolução de um mol de uma durante a dissolução de um mol de uma dada substância numa determinada dada substância numa determinada quantidade de solvente, originando uma quantidade de solvente, originando uma concentração específica, geralmente concentração específica, geralmente diluição infinita.diluição infinita.

5 – Entalpia de 5 – Entalpia de neutralizaçãoneutralização (ΔH°n) (ΔH°n)

É a variação de entalpia que ocorre durante É a variação de entalpia que ocorre durante a neutralização de um mol de íons Ha neutralização de um mol de íons H++ com  com um mol de íons OH um mol de íons OH --, ambos em soluções , ambos em soluções diluídas.diluídas. (ocorre entre um ácido e uma base). (ocorre entre um ácido e uma base).

6 – Entalpia de 6 – Entalpia de ligaçãoligação (ΔH° (ΔH°ll))

Energia necessária para o rompimento de Energia necessária para o rompimento de um mol de ligações entre um dado par de um mol de ligações entre um dado par de átomos, no estado gasoso.átomos, no estado gasoso.

CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE CÁLCULOS DA VARIAÇÃO DE ENTALPIAENTALPIA  

LEI DE HESSLEI DE HESS A entalpia de uma reação depende apenas dos A entalpia de uma reação depende apenas dos

estados iniciais e finais da reação, não depende estados iniciais e finais da reação, não depende dos estados intermediários, ou seja a reação é  dos estados intermediários, ou seja a reação é  a mesma para uma ou mais etapas.  a mesma para uma ou mais etapas.  

CC(grafite)(grafite) + 2 H + 2 H2(g)2(g) →→ CH CH4(g)4(g) ΔHΔH = ? = ?

I. CI. C(grafite)(grafite) + O + O2(g)2(g) →→ CO CO2(g)2(g) Δ H = - 94,05 kcal Δ H = - 94,05 kcal II. HII. H2(g) 2(g) + ½ O+ ½ O2(g)2(g) →→ HH22OO(l) (l) Δ H = - 68,32 kcalΔ H = - 68,32 kcal III. CHIII. CH4(g)4(g) + 2 O + 2 O2(g)2(g) →→ CO CO2(g)2(g) + 2 H + 2 H22OO(l) (l) Δ H = - 212,87 kcal Δ H = - 212,87 kcal

CC(grafite)(grafite) + O + O2(g) 2(g)  →→ CO CO2(g)2(g) ΔΔH = - 94,05 kcalH = - 94,05 kcal HH2(g)2(g) + ½ O + ½ O2(g)2(g) →→ H H22OO(l)(l) ΔΔ H = 2.(- 68,32) kcal H = 2.(- 68,32) kcal COCO2(g)2(g) + 2 H + 2 H22OO(l)(l) →→ CH CH4(g)4(g) + 2 O + 2 O2(g) 2(g) ΔΔ H = + 212,87 kcal H = + 212,87 kcal

CC(grafite)(grafite) + 2 H + 2 H2(g)2(g) →→ CH CH4(g) 4(g) ΔΔ H = - 17,82 kcal H = - 17,82 kcal

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

Peruzzo, Francisco Miragaia. Peruzzo, Francisco Miragaia. Química na Química na abordagem do cotidianoabordagem do cotidiano: volume 2, ensino : volume 2, ensino médio. São Paulo: Moderna, 2003.médio. São Paulo: Moderna, 2003.

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