Termoquímica1. Processos endotérmicos e exotérmicos As transformações da matéria, tanto químicas quanto físicas, ocorrem com absorção ou liberação de energia. A energia liberada ou absorvida numa transformação quando os sistemas inicial e final são comparados à pressão constante é chamada de variação de entalpia. Ela é representada pelo símbolo ∆H e a unidade de medida pelo Sistema Internacional de Unidades é o joule (J). Porém, a utilização de caloria (cal) é bastante comum, sendo 1 cal 5 4,18 J. Quando o ∆H . 0, a transformação ocorre com absorção de energia, ou seja, é endotérmica. Valores negativos de ∆H indicam que o processo ocorre com liberação de energia, ou seja, é exotérmico. 2. Entalpia e reações químicas A entalpia de reação corresponde à diferença entre as entalpias dos produtos (Hprodutos) e dos reagentes (Hreagentes) e pode ser generalizada por: ∆H 5 Hprodutos 2 Hreagentes A entalpia-padrão, simbolizada por ∆H°, corresponde à entalpia da reação quando esta é realizada a 25 °C, sob pressão de 1 atm para gases ou na concentração de 1 mol/L para soluções. Entalpia de formação A entalpia de formação (∆Hf) corresponde à variação de entalpia obtida na formação de uma substância composta a partir de seus elementos constituintes (substâncias simples), os quais devem se encontrar na sua forma mais estável (estado-padrão). Quando a entalpia de formação é determinada nas condições-padrão, é denominada entalpia-padrão de formação (∆Hf°). Os elementos que se encontram em seu estado-padrão apresentam, por convenção, entalpia de formação igual a zero. Exemplo: o estado-padrão do elemento oxigênio é O2 gasoso. Entalpia de combustão A entalpia de combustão é a energia liberada em uma reação de combustão. Quando os produtos dessa combustão são apenas H2O e CO2 e o experimento for realizado nas condições-padrão, a energia liberada é denominada entalpia-padrão de combustão ou calor de combustão. Entalpia de ligação A entalpia de ligação, mais comumente conhecida por energia de ligação, é a quantidade de energia necessária para romper ou formar 1 mol de ligações químicas da substância no estado gasoso. Veja, por exemplo, o cálculo do ∆H da reação entre os gases hidrogênio e cloro, a qual origina o composto cloreto de hidrogênio: Ligação H Energia de ligação (kJ/mol) Reação: Cº 435,6 H2(g) ∆H 5 Erompimento 2 Eformação ∆H 5 [EH 2 H 1 ECº 2 Cº] 2 [2 EH 2 Cº] ∆H 5 [435,6 1 243] 2 [2 × 431] ∆H 5 2183,4 kJ 82 H Cº 243 1 Cº2(g) H Cº 431 2 HCº(g) CO(g) 1 O2(g) 2 Podemos proceder da seguinte forma: a) Multiplicamos a equação (I) por 2 e fazemos o mesmo com ∆H. 2 C(s) 1 2 O2(g) 2 CO2(g) ∆H 5 2 × (2394) 5 2788 kJ b) Invertemos a equação (II) e também o sinal do ∆H. C ∆H 5 ∆H1 1 ∆H2 A situação pode ser analisada por meio de um diagrama de entalpia (considerando ∆H1 e ∆H2 positivos): Entalpia D1E DH2 C A12B DH 5 DH1 1 DH2 DH1 Caminho da reação Note que nessa reação o estado inicial corresponde aos reagentes (A e B). Em outras palavras. e sim do estado inicial e do final.3. o seu ∆H é igual à soma dos ∆Hs dessas etapas nas mesmas condições experimentais. CO) II. CO2(g) 1 O (g) CO(g) 1 __ 2 2 ∆H 5 2 (2284) 5 1284 kJ Multiplicamos por 2 a equação obtida e também duplicamos o ∆H. C(s) 1 O2(g) 1 __ CO2(g) ∆H 5 2284 kJ/mol (∆H°comb. Considere a reação hipotética a seguir e as etapas I e II: D1E A12B I. A12B C ∆H1 D1E ∆H2 II. o estado intermediário é a substância C e o estado final são os produtos (D e E). Esse princípio é conhecido como Lei de Hess. O valor do ∆H de algumas reações pode ser bem difícil de determinar experimentalmente. Nessa situação é comum utilizar um conjunto de equações termoquímicas nas condições-padrão para resolver o problema. quando uma reação ocorre em mais de uma etapa. Lei de Hess Reação global: A12B D1E Termoquímica O ∆H de uma reação não depende dos estados intermediários. 2 C(s) 1 2 O2(g) 2 CO2(g) 2 CO(g) 1 O2(g) 2 CO2(g) 2 C(s) 1 O2(g) 2 CO(g) ∆H 5 2788 kJ ∆H 5 1568 kJ ∆H 5 2220 kJ 83 . Veja como se calcula a entalpia da reação representada a seguir: 2 C(s) 1 O2(g) 2 CO(g) São conhecidas as entalpias das reações: CO2(g) ∆H 5 2394 kJ/mol (∆H°f CO2) I. 2 CO2(g) 2 CO(g) 1 O2(g) ∆H 5 2 × (1 284) 5 1568 kJ c) Somamos as equações obtidas nos itens a e b. O choque de um corpo dissipa energia mecânica e térmica. 2. O derretimento de um iceberg. II. 84 . Existem reações químicas que ocorrem com liberação ou absorção de energia. Uma reação exotérmica é uma reação química cuja energia total dos produtos é menor que a energia total dos reagentes. Alternativa a. pode-se afirmar que: a) I é exotérmico. a passagem do estado líquido para o gasoso (vaporização) envolve absorção de energia (∆H . ou seja.1 kJ ? mol21. (UFRRJ) Desde a pré-história. quando aprendeu a manipular o fogo para cozinhar seus alimentos e se aquecer. é um processo exotérmico. A combustão completa do metano (CH 4) produzindo CO2 e H2O. o homem vem percebendo sua dependência cada vez maior das várias formas de energia. sob a forma de calor. corretamente. 0) sendo. II e III são endotérmicos. 3. I. denominadas. Em relação aos processos analisados. um processo endotérmico. (Cefet-MG) Nas mudanças de estado físico de uma substância. 1. Analise cada um dos seguintes processos. respectivamente. Afirmativa incorreta. II e III são endotérmicos. c) sublimação do gelo tem variação de entalpia igual a 251. sob pressão atmosférica. c) I e II são exotérmicos e III é endotérmico. II.Questões 1. Observe o gráfico a seguir e assinale a alternativa correta: Entalpia (H) A HR ∆H B HP Caminho da reação a) b) c) d) e) O gráfico representa uma reação endotérmica. (Unesp) Diariamente podemos observar que reações químicas e fenômenos físicos implicam em variações de energia. pode-se afirmar. Consequentemente. seu processo inverso. portanto.0 H2O(º) ∆H = +7. dependendo do processo.1 kJ ? mol21.1 H2O(s) Analisando o diagrama. a condensação. Afirmativa correta. III. III. d) I. Afirmativa correta. O impacto de um tijolo no solo ao cair de uma altura h. como exotérmicas e endotérmicas. Alternativa b. A entalpia dos reagentes é igual à dos produtos. Segundo o gráfico. 2. I. é uma reação em que há liberação de energia. que o(a): a) processo de condensação do vapor de água é exotérmico. d) valor da variação da entalpia-padrão de solidificação é 17. A entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes. A variação de entalpia é maior que zero. H (kJ/mol) H2O(g) ∆H = +44. 3. A energia é importante para uso industrial e doméstico. b) ruptura das interações intermoleculares da H2O(º) é exotérmica. Alternativa b. O gráfico representa uma reação exotérmica. e) I. II e III são exotérmicos. As combustões são transformações que ocorrem com liberação de energia. nos transportes etc. As fusões são transformações físicas que ocorrem com consumo de energia. há absorção ou liberação de energia. b) I e III são exotérmicos e II é endotérmico. Os diagramas abaixo mostram as variações de entalpia nas mudanças de fase da água. H2O(º) 6. em contato com a água. As reações químicas que ocorrem nas bolsas instantâneas são representa.6 kJ/mol. c) o C(g) tem conteúdo energético menor que o C(s) na reação IV. usadas nos atletas que so.Gráfico 1 H 1. é correto afirmar que: a) a equação V representa a reação mais exotérmica.6 b) 2725. que a reação III. C(s) 2 CO2(g) 1 3 H2O(º) CO2(g) 1 2 H2O(º) ∆H 5 2890 kJ/mol CO2(g) 1 2 H2O(º) C(g) ∆H 5 21 370 kJ/mol ∆H 5 2726 kJ/mol ∆H 5 1286 kJ/mol H2(g) 1 __1 O2(g) ∆H 5 1714. e) a reação I requer o dobro da quantidade de oxigênio. ∆H 5 2802.3 kJ 5. Enquanto na reação I há o consumo de 3 mol de gás oxigênio por mol de combustível.4 kJ ∆H 5 74. Gráfico 2 CaCº2(s) H ∆H 2+ NH4+(aq) + NO3–(aq) – Ca (aq) + 2 Cº (aq) NH4NO3(s) Caminho da reação ∆H Caminho da reação Com base no enunciado e nos conhecimentos sobre calor de reação. dividem-se em dois compartimentos: um contentos é menor do que o conteúdo energético dos reagentes. II e III são endotérmicas e as reações IV e V são exotérmicas. C2H5OH(º) 1 3 O2(g) II. o conteúdo energético dos produfrem distensões musculares.8 kJ mol21 O valor da entalpia da equação 1. e os conceitos da Lei de Hess. d) as reações I. CH4(g) 1 2 O2(g) III. Alternativa e. ou seja.0 kJ mol21 2 H2(g) 1 __1 O2(g) H2O(g) ∆H 5 2241. (UEL-PR) As bolsas instantâneas. frias ou quentes.8 kJ/mol 2 Tendo em vista tais transformações. 6. CO(g) 1 H2(g) ∆H 5 11 31. pois o ∆H é negativo. CH3OH(º) 1 1. do água líquida e outro contendo um sal.8 kJ mol21 2 C(s) 1 2 H2(g) CH4(g) ∆H 5 274.4.5.5 mol de gás oxigênio por mol de combustível. V.3 d) 2524. em kJ.5 O2(g) IV. que absorve ou libera calor quando Alternativa b. Pela Lei de Hess: C(s) 1 H2O(g) é CO(g) 1 H2(g) 1 CO(g) 1 __ O2(g) é CO2(g) 2 3 3 H2(g) 1 __ O2(g) é H2O(g) 2 CH4(g) é C(s) 1 2 H2(g) ∆H 5 131. (Udesc) O gás metano pode ser utilizado como combustível. b) a decomposição de 2 mols de água libera 1 429. na reação II há o consumo de das nos gráficos a seguir.3 kJ mol21 C(s) 1 H2O(g) CO2(g) CO(g) 1 __1 O2(g) ∆H 5 2283. b) A dissociação iônica do cloreto de cálcio libera calor. obtenha o valor de entalpia da equação 1. e) A bolsa fria é constituída de cloreto de cálcio.0 kJ ∆H 5 2725. (Cefet-MG) Dadas as seguintes equações termoquímicas. d) As dissoluções de sais em água são exotérmicas.5 85 Termoquímica 4. a reação II requer metade da quantidade de gás oxigênio por molécula de reagente. como mostra a equação 1: Equação 1: CH4(g) 1 2 O2(g) CO2(g) 1 2 H2O(g) Utilizando as equações termoquímicas abaixo. ou seja. c) A dissociação iônica do nitrato de amônio é exotérmica.8 kJ CH4(g) 1 2 O2(g) é CO2(g) 1 2 H2O(g) Alternativa c. que julgar necessário. .8 e) 2110.4 c) 2802. é: a) 2704. é correto afirmar: a) A bolsa quente é constituída de nitrato de amônio. a 25 °C e 1 atm: I.3 kJ ∆H 5 2283. por molécula reagente. A dissociação iônica do cloreto de cálcio libera calor. 1 mol 1 367 kJ 17. b) liberação de 1 367 kJ de energia.3 2. representa-se a equação ajustada da combustão completa do octano.77 kJ de energia.7 kcal 1g y y .7 kcal/g de gasolina 46. liberando luz e calor.0 g 326.4 mol 2 8. Marque a denominação correta para o tipo do calor de reação obtido nas caldeiras. 86 . b) Uma alternativa para se diminuir o impacto poluente do CO2(g) produzido pela combustão da gasolina é o uso de etanol (C2H5OH). Uma grande quantidade dessa energia é produzida pela queima de derivados do petróleo. e) Combustão.1 kcal/g de hidrogênio Reações de combustão: 25 C8H18 1 ___ O2 é 8 CO2 1 9 H2O 2 C2H5OH 1 3 O2 é 2 CO2 1 3 H2O 1 H2 1 __ O2 é H2O 2 Alternativa c. b) Formação. (UFRN) A civilização moderna consome muita energia. Cálculo da quantidade de energia liberada por massa de combustível: 1 222. Combustão ou queima é uma reação química exotérmica que ocorre entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente). calcule a variação de entalpia para a combustão de um mol de octano. na sua combustão. 34. pela produção de vapor de água a partir de combustível sólido (lenha) ou líquido (óleo). d 5 0.5 kcal 114. como o dos automóveis. (Unesp) A tabela apresenta informações sobre as composições químicas e as entalpias de combustão para três diferentes combustíveis que podem ser utilizados em motores de combustão interna. A entalpia-padrão de combustão do etanol líquido é 21 367 kJ/mol e sua densidade é 0. c) liberação de 2. 7.0 9.1 kcal/g de etanol 2. a 298 K e 1 atm: 25 8 CO2(g) 1 9 H2O(º) C8H18(º) 1 ____ O2(g) 2 a) Se ∆Ho 5 Σ∆HfPo 2 Σ∆HfRo .0 Etanol (C2H5OH) 2326. Com o progresso da tecnologia dos automóveis flex-fuel houve um impulso na comercialização e utilização deste combustível. Escreva a equação da combustão completa do etanol e explique. como a gasolina.7 46. um dos gases responsáveis pelo efeito estufa. geralmente o oxigênio.38 3 10 4 kJ Alternativa c.0 Hidrogênio (H2) 268.8 g 1 000 mL x x 5 800 g [ 7. considerando o impacto do CO2(g). 10. é correto afirmar que: a) a gasolina é o que apresenta menores impactos ambientais e vantagem energética. uma vez que não libera CO2.0 g 1g x x . A seguir. 10.0) 1 9(2286. (kcal ? mol21) Massas molares (g ? mol21) Gasolina (C8H18) 21 222. 10.7.5 114. d) liberação de 238 kJ de energia. Durante a reação de combustão da matéria orgânica são formados. b) o álcool é o que apresenta maiores impactos ambientais e vantagem energética.8 ____ mL massa molar: 46 g/mol 1 mL 0. por que ele é menos poluente que a gasolina. (UFPI) Caldeiras são máquinas térmicas utilizadas como fonte de energia em processos industriais. a) ∆H 0R 5 Σ ( ∆HfP0 ) 2 Σ ( ∆HfR0 ) 5 ] 5 8∆HfC0 O 1 9∆H0fH O 2 [ 2 ∆H0fC H 2 Combustível ∆Hcomb.3 kcal 1g z z . d) a gasolina é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. (UFT-TO) Etanol é um dos mais importantes combustíveis renováveis do país. vapor de água. d) Ligação. da qual um dos compostos fundamentais é o octano (C8H18). 18 18 ] ∆H0R 5 [8(2394. entre outros produtos. 17. de acordo com os dados da tabela a seguir.80 g/mL. a) Neutralização. Com base nas informações apresentadas e comparando esses três combustíveis.38 × 104 kJ de energia. e) o álcool é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. g 9.4 mol z z . O hidrogênio libera mais energia por grama de combustível (maior vantagem energética) e tem também o menor impacto ambiental.0 g 68.0) 1 5110. Na combustão de 1 L de etanol. 2.0] 5 5 2616 kJ b) C2H5OH(º) 1 3 O2(g) é 2 CO2(g) 1 3 H2O(v) A combustão do etanol produz menor impacto ambiental por que sua combustão libera menor quantidade de CO2 por mol de combustível. 8. é correto afirmar que ocorre: a) liberação de 23. Alternativa e. c) Solução. 46 g 1 mol 800 g y y . c) o hidrogênio é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. é 13. é um dos constituintes do combustível utilizado Alternativa c. 0 ä ä Σ E formação . (Unesp) O pentano. o que faz o processo ser endotérmico. 12. Σ E rompimento 11. a energia envolvida na combustão do n-octano promove a expansão dos gases e também o aquecimento do motor.0 5 C(grafite) 1 6 H 2(g) é C 5H 12(g) ∆H 5 2149 kJ 12. o que faz o processo ser exotérmico. Sua síntese. b) Baseado apenas nos valores de ∆H. a partir do carbono grafite.0 CO2(g) das energias liberadas na formação de todas as ligações químicas dos produtos é maior que a soma das energias consumidas no rompimento de todas as ligações dos reaH2O(º) 2286.0 gentes: ∆H 5 Σ E rompimento 2 Σ E formação . em motores de combustão interna. N2(g) 1 3 H2(g) 2 HCº(g) 2 NH3(g) e as energias de ligação: Ligação Energia (kj/mol) H H 432 N N 942 H Cº 428 H Cº 240 N H 386 a) Determine o ∆H para as reações I e II. Em um processo químico exotérmico. Alguns combustíveis fósseis são: carvão. o que faz o processo ser endotérmico. (Unicamp-SP) No funcionamento de um motor. ∆H°f (kJ ? mol21) C8H18(º) 25 110. qual das reações é mais favorável? 87 Termoquímica Substância 11. do qual a gasolina é um derivado. a soma 2394. estima-se que em 2030 os combustíveis fósseis representarão cerca de 80% de toda a energia utilizada. portanto. 13. (UFC-CE) Dadas as reações: I. H2(g) 1 Cº2(g) II. Assim. Pela Lei de Hess: 5 CO 2(g) 1 6 H 2O(º) é C 5H 12(g) 1 8 O 2(g) ∆H 5 3 537 kJ 5 C(grafite) 1 5 O 2(g) é 5 CO 2(g) ∆H 5 21 970 kJ 6 H 2(g) 1 3 O 2(g) é 6 H 2O(º) ∆H 5 21 716 kJ . o que faz o processo ser exotérmico.Dados a 298 K e 1 atm. C5H12. d) menor que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas. Reação I H 2(g) é 2H(g) Cº 2(g) é 2Cº(g) 2H(g) 1 2Cº(g) é 2 HCº(g) ∆H 5 432 kJ ∆H 5 240 kJ ∆H 5 2856 kJ H 2(g) 1 Cº 2(g) é 2 HCº(g) ∆H 5 2184 kJ Reação II 3 H 2(g) é 6 H(g) N 2(g) é 2 N(g) 6 H(g) 1 2 N(g) é 2 NH 3(g) ∆H 5 1 296 kJ ∆H 5 942 kJ ∆H 5 22 316 kJ 3 H 2(g) 1 N 2(g) é 2 NH 3(g) ∆H 5 278 kJ b) A reação mais favorável é aquela mais exotérmica. metano e petróleo. Assim. a variação da entalpia é negativa e há liberação de energia. a reação I. c) maior que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas. b) menor que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas. conclui-se que a soma das energias envolvidas na formação de todas as ligações químicas é: a) maior que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas. a) Aplicando a Lei de Hess: dada pela equação: 5 C(grafite) 1 6 H2(g) C5H12(g) Determine a entalpia (∆H) da reação de síntese do pentano a partir das seguintes informações: C5H12(g) 1 8 O2(g) 5 CO2(g) 1 6 H2O(º) ∆H 5 23537 kJ C(grafite) 1 O2(g) H2(g) 1 __1 O2(g) 2 CO2(g) ∆H 5 2394 kJ H2O(º) ∆H 5 2286 kJ Texto para a questão 12. sendo. Apesar de todos os esforços para se encontrar fontes alternativas de energia.