Prof . Mat eus Andrade
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A T e r m o q u ím i c a t e m c o m o
objet ivo o est udo das variaç ões
de energia que ac om panham as
r e a ç õ e s q u ím i c a s .
N ã o h á r e a ç ã o q u ím i c a q u e
oc orra sem variaç ão de energia !
A energia é c onservat iva. Não pode ser c riada
o u d e s t r u íd a . A p e n a s t r a n s f o r m a d a !
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As variaç ões de energia, nas
r e a ç õ e s q u ím i c a s , m a n i f e s t a m -s e
s o b a f o r m a d e c a l o r (g e r a l m e n t e ) e
luz liberada ou absorvida.
A origem da energia envolvida num a
r e a ç ã o q u ím i c a d e c o r r e ,
basic am ent e, de um novo arranjo
p a r a a s l i g a ç õ e s q u ím i c a s .
O c o n t e ú d o d e e n e r g i a a r m a ze n a d o , p r i n c i p a l m e n t e n a
f o r m a d e l i g a ç õ e s é c h a m a d o d e EN T A L PI A ( ent halpein, do
grego = calor ) e s i m b o l i za d o p o r H ( heat ).
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Cl a s s i f i c a ç ã o d a s r e a ç õ e s t e r m o q u ím i c a s
Em f u n ç ã o d a e n e r g i a e n v o l v i d a a s
reaç ões podem ser de dois t ipos:
I - Ex o t é r m i c a s : l i b e r a m e n e r g i a .
• proc essos de c om bust ão, respiraç ão anim al.
I I - En d o t é r m i c a s : a b s o r v e m e n e r g i a .
• f o t o s s ín t e s e , c o zi m e n t o d o s a l i m e n t o s .
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Re p r e s e n t a ç õ e s g r á f i c a s (1 )
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Co m b u s t ã o d o e t a n o l - e x o t é r m i c a
H2 < H1
CA L OR L I B ERA DO
DH = H 2 - H 1
DH < 0
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Re p r e s e n t a ç õ e s g r á f i c a s (2 )
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Fo t o s s ín t e s e - e n d o t é r m i c a
H2 > H1
CA L OR A B SORV I DO
DH = H 2 - H 1
DH > 0
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Co m o p o d e s e r m e d i d o o c a l o r d e r e a ç ã o ?
Pa r a r e a ç õ e s e m m e i o a q u o s o (e x .: n e u t r a l i za ç õ e s )u t i l i za s e u m c a l o r ím e t r o , q u e n a d a m a i s é d o q u e u m a g a r r a f a
t é r m i c a (f i g u r a 1 ). Pa r a r e a ç õ e s d e c o m b u s t ã o u t i l i za -s e
u m a b o m b a c a l o r i m é t r i c a (f i g u r a 2 ).
f i g u r a 1 - c a l o r ím e t r o
figura 2 - bom ba c alorim ét ric a
Nos dois c asos o
c alor é t ransferido
para um a m assa
de água e obt ido a
part ir da
ex pressão
Q= m .c .DT
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Eq u a ç õ e s t e r m o q u ím i c a s ( r e q u i s i t o s )
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1 . Eq u a ç ã o q u ím i c a a j u s t a d a .
2 . I n d i c a ç ã o d o s e s t a d o s f ís i c o s e a l o t r ó p i c o s •
(q u a n d o f o r o c a s o ) d o s c o m p o n e n t e s .
3. Indic aç ão da ent alpia m olar, ist o é, por m ol
de produt o form ado ou reagent e c onsum ido.
4. Indic aç ão das c ondiç ões de pressão e
t em perat ura em que foi m edido o D H.
DH
0
En t a l p i a p a d r ã o : m e d i d a à 2 5 0 C e 1 a t m .
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•
Es t a d o s a l o t r ó p i c o s m a i s c o m u n s
Ca r b o n o
Gr a f i t e
Di a m a n t e
En x o f r e
Rô m b i c o
M o n o c l ín i c o
Rô m b i c o e m o n o c l ín i c o = f o r m a s d i f e r e n t e s d e c r i s t a l i za ç ã o
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Es t a d o s a l o t r ó p i c o s m a i s c o m u n s
Fó s f o r o
Branc o
Verm elho
Ox i g ê n i o
O2
O 3 (o zô n i o )
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T i p o s d e En t a l p i a s o u Ca l o r e s d e Re a ç ã o
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1 . En t a l p i a d e M u d a n ç a d e Fa s e .
2 . En t a l p i a o u Ca l o r d e Fo r m a ç ã o .
3 . En t a l p i a o u Ca l o r d e De c o m p o s i ç ã o .
4 . En t a l p i a d e Co m b u s t ã o .
5 . En t a l p i a d e Di s s o l u ç ã o .
6 . En t a l p i a d e N e u t r a l i za ç ã o .
7 . En t a l p i a o u En e r g i a d e L i g a ç ã o .
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En t a l p i a d e M u d a n ç a d e Fa s e
Co r r e s p o n d e à e n e r g i a e n v o l v i d a n a m u d a n ç a
d e e s t a d o f ís i c o o u c r i s t a l i n o d e u m m o l d e
subst ânc ia sim ples ou c om post a.
Ex e m p l o s
H 2 O (s ) Ã H 2 O (l )
DH 2 7 3 = + 6 ,0 1 1 k J /m o l
C (g r a f .) Ã C (d i a m .)
DH 2 9 8 = + 1 ,8 8 5 k J /m o l
H 2 O (l ) Ã H 2 O (g )
S r ô m b i c o ) Ã S (m o n o c l ín i c o )
DH 2 9 8 = + 4 3 ,9 4 8 k J /m o l
DH 2 9 8 = + 0 ,2 9 7 k J /m o l
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En t a l p i a d e Fo r m a ç ã o (DH f )
Co r r e s p o n d e à e n e r g i a e n v o l v i d a n a f o r m a ç ã o
de um m ol de subst ânc ia a part ir de
subst ânc ias sim ples, no est ado alot rópic o
m ais c om um .
Ex e m p l o s
H 2 (g ) + 1 /2 O 2 (g ) Ã H 2 O (l )
C (g r a f i t e ) + O 2 (g ) Ã CO 2 (g )
1 /2 N 2 (g ) + 1 /2 O 2 (g ) Ã N O (g )
DH f = - 2 8 5 ,5 k J /m o l
DH f = - 3 9 3 ,3 k J /m o l
DH f = + 4 5 ,9 k J /m o l
En t a l p i a d e f o r m a ç ã o d e s u b s t â n c i a s s i m p l e s é n u l a !
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En t a l p i a d e De c o m p o s i ç ã o
Po d e s e r c o n s i d e r a d a c o m o a e n t a l p i a
inversa à de form aç ão de um a
subst ânc ia.
Ex e m p l o s
H 2 O (l à H 2 (g ) + 1 /2 O 2 (g )
CO 2 (g ) Ã C (g r a f i t e ) + O 2 (g )
N O (g )
)
à 1 /2 N 2 (g ) + 1 /2 O 2 (g )
DH = + 2 8 5 ,5 k J /m o l
DH = + 3 9 3 ,3 k J /m o l
DH = - 4 5 ,9 k J /m o l
Ob s e r v e q u e a o i n v e r t e r a e q u a ç ã o a v a r i a ç ã o d e
ent alpia t roc a de sinal algébric o !
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En t a l p i a d e Co m b u s t ã o
Co r r e s p o n d e à e n e r g i a l i b e r a d a n a
reaç ão de 1 m ol de subst ânc ia
(c o m b u s t ív e l ) c o m O 2 p u r o (c o m b u r e n t e ).
Se o c o m b u s t ív e l f o r m a t e r i a l o r g â n i c o
(C,H e O) a c o m b u s t ã o p o d e s e r d e d o i s
t ipos:
I - Co m p l e t a : o s p r o d u t o s s ã o CO 2 e H 2 O.
II - Inc om plet a: além dos produt os ac im a
f o r m a -s e , t a m b é m , CO e /o u C (f u l i g e m ).
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Co m b u s t ã o c o m p l e t a
CH 4 + 2 O 2 Ã CO 2 + H 2 O
CH A M A A Z U L
DH = - 8 8 9 ,5 k J /m o l
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C 3 H 8 + 5 O 2 Ã 3 CO 2 + 4 H 2 O DH = - 1 .4 0 0 k J /m o l
Na c om bust ão inc om plet a
a c ham a é alaranjada.
A c om bust ão do C t am bém é
a f o r m a ç ã o d o CO 2 !
A c om bust ão inc om plet a origina
m enor c alor liberado do que a
c om bust ão c om plet a .
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En t a l p i a d e Di s s o l u ç ã o
Co r r e s p o n d e a o c a l o r l i b e r a d o o u a b s o r v i d o
n a d i s s o l u ç ã o ( à s v e ze s s e g u i d a d e
dissoc iaç ão) de 1 m ol de subst ânc ia de t al
m odo que pela adiç ão de quant idades
c resc ent es de água, seja alc anç ado um
lim it e a part ir do qual não há m ais liberaç ão
ou absorç ão de c alor.
Ex e m p l o s
H 2 SO 4 (l ) + a q
H 2 SO 4 (l ) + a q
(2 m o l s )
à H 2 SO 4 (a q )
(1 0 0 m o l s )
à H 2 SO 4 (a q )
N H 4 N O 3 (s ) + a q à N H 4 + N O 3 -(a q )
DH = - 2 8 ,0 k J /m o l
DH = - 8 4 ,4 k J /m o l
DH = + 2 6 ,3 k J /m o l
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En t a l p i a d e N e u t r a l i za ç ã o
Co r r e s p o n d e a o c a l o r l i b e r a d o
na form aç ão de 1 m ol de água,
a p a r t i r d a n e u t r a l i za ç ã o d e 1
m o l d e ío n s H + p o r 1 m o l d e ío n s
OH -, e m s o l u ç ã o a q u o s a d i l u íd a .
Ex e m p l o s
H Cl + N a OH Ã N a Cl + H 2 O
H N O 3 + K OH Ã K N O 3 + H 2 O
DH - 5 8 ,0 k J /m o l
DH - 5 8 ,0 k J /m o l
Na reaç ão de ác idos fort es c om bases fort es a variaç ão de
ent alpia é aprox im adam ent e c onst ant e pois a reaç ão é
s e m p r e : H + + OH - Ã H 2 O !
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En t a l p i a o u En e r g i a d e L i g a ç ã o
É a quant idade de c alor absorvida na
q u e b r a d e 6 ,0 2 .1 0 2 3 l i g a ç õ e s d e
det erm inada espéc ie, supondo as
s u b s t â n c i a s n o e s t a d o g a s o s o , à 2 5 0 C.
A quebra de ligaç ões é sem pre um proc esso
endot érm ic o enquant o a form aç ão de
ligaç ões será sem pre ex ot érm ic o.
Nos reagent es sem pre oc orrerá quebra de
l i g a ç õ e s (DH > 0 ) e n o s p r o d u t o s o c o r r e r á
f o r m a ç ã o d e l i g a ç õ e s (DH < 0 ) .
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Ex e m p l o s d e e n e r g i a s d e l i g a ç ã o
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Cá l c u l o d e e n t a l p i a a p a r t i r d a s l i g a ç õ e s
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Ca l c u l a r a v a r i a ç ã o d e e n t a l p i a n a r e a ç ã o :
2 H - H (g ) + O = O (g ) Ã 2 H - O - H (g )
DH r e a g e n t e s = 2 . 4 3 5 ,5 + 4 9 7 ,8 = + 1 .3 6 8 ,8 k J
DH p r o d u t o s = - (4 . 4 6 2 ,3 ) = - 1 .8 4 9 ,2 k J
A variaç ão de ent alpia da reaç ão será obt ida
pela som a algébric a das ent alpias ac im a:
D H r e a ç ã o = DH r e a g e n t e s + DH p r o d u t o s
D H r e a ç ã o = + 1 .3 6 8 ,8 + (- 1 .8 4 9 ,2 )
D H r e a ç ã o = - 4 8 0 ,4 k J o u - 2 4 0 ,2 k J /m o l
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A Lei de Hess, t am bém c onhec ida
c o m o L e i d a So m a d o s Ca l o r e s d e
Re a ç ã o , d e m o n s t r a q u e a
variaç ão de ent alpia de um a
r e a ç ã o q u ím i c a n ã o d e p e n d e d o
m odo ou c am inho c om o a m esm a
é r e a l i za d a e s i m d o e s t a d o i n i c i a l
(r e a g e n t e s ) e e s t a d o f i n a l
(p r o d u t o s ) .
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A Lei de Hess pode ser dem onst rada a
part ir do seguint e ex em plo:
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Ca m i n h o 1
C (g r a f .) + O 2 (g ) Ã CO 2 (g )
DH 1 = - 3 9 3 ,4 k J
Ca m i n h o 2
C (g r a f .) + ½ O 2 (g ) Ã CO (g )
CO (g ) + ½ O 2 (g ) Ã CO 2 (g )
DH 2 = - 2 8 0 ,6 k J
DH 3 = - 1 1 2 ,8 k J
So m a n d o a s d u a s e q u a ç õ e s r e s u l t a :
C (g r a f .) + O 2 (g ) Ã CO 2 (g )
DH 1 = - 3 9 3 ,4 k J
A e n t a l p i a f i n a l s e r á DH 2 + DH 3
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Ex e m p l o
Ca l c u l a r a v a r i a ç ã o d e e n t a l p i a e n v o l v i d a
n a c o m b u s t ã o d e 1 m o l d e CH 4 (g ),
ex pressa por:
CH 4 (g ) + 2 O 2 (g ) Ã CO 2 (g ) + 2 H 2 O (l )
sabendo que:
1 ) DH f o r m a ç ã o CH 4 (g ) = - 7 4 ,8 2 k J /m o l
2 ) DH f o r m a ç ã o CO 2 (g ) = - 3 9 3 ,4 k J /m o l
3 ) DH f o r m a ç ã o H 2 O (l ) = - 2 8 5 ,5 k J /m o l
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So l u ç ã o
De s e n v o l v e n d o a s e q u a ç õ e s r e l a t i v a s à
form aç ão dos c om ponent es:
1 . f o r m a ç ã o d o CH 4
C + 2 H2
CH 4
DH 1 = - 7 4 ,8 2 k J /m o l
2 . f o r m a ç ã o d o CO 2
C + O2
CO 2
DH 2 = - 3 9 3 ,4 k J /m o l
3 . f o r m a ç ã o d a H 2O
H 2 + ½ O2
H 2O
DH 3 = - 2 8 5 ,5 k J /m o l
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So l u ç ã o
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Aplic ando a Lei de Hess, para obt er a
c o m b u s t ã o d o CH 4 d e v e r e m o s :
a ) i n v e r t e r a e q u a ç ã o d e f o r m a ç ã o d o CH 4 ;
CH 4 Ã C + 2 H 2
DH = + 7 4 ,8 2 k J
b ) u t i l i za r d a f o r m a a p r e s e n t a d a a e q u a ç ã o d e
f o r m a ç ã o d o CO 2 ;
C + O 2 Ã CO 2
DH = - 3 9 3 ,4 k J
c ) u t i l i za r a e q u a ç ã o d e f o r m a ç ã o d a
água
m u l t i p l i c a d a p o r 2 (i n c l u s i v e a e n t a l p i a )
2 H 2 + O2 Ã 2 H 2 O
DH = - 5 7 1 ,0 k J
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So l u ç ã o
1 ) CH 4 Ã C + 2 H 2
DH = + 7 4 ,8 2 k J
3 ) 2 H 2 + O2 Ã 2 H 2O
DH = - 5 7 1 ,0 k J
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2 ) C + O 2 Ã CO 2
DH = - 3 9 3 ,4 k J
que som adas, result a
CH 4 (g ) + 2 O 2 (g ) Ã CO 2 (g ) + 2 H 2 O (l )
A variaç ão da ent alpia será:
DH RQ = + 7 4 ,8 2 + (- 3 9 3 ,4 ) +(- 5 7 1 ,0 )
DH RQ = - 8 8 9 ,5 8 k J /m o l d e CH 4
Es s e m é t o d o é c o n h e c i d o c o m o “ m é t o d o
d a s e q u a ç õ e s t e r m o q u ím i c a s ” .
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A Lei de Hess pode ser aplic ada
usando o “ m ét odo da ent alpia final e
inic ial” , c onsiderando que a variaç ão
d e e n t a l p i a d e u m a r e a ç ã o q u ím i c a s ó
depende do est ado de energia de
reagent es e produt os.
DH RQ = S
ni (DH f ) p r o d u t o s
-S
ni (DH f ) r e a g e n t e s
o n d e ni s ã o o s c o e f i c i e n t e s
est equiom ét ric os de reagent es e
produt os da reaç ão.
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Po r t a n t o p a r a a r e a ç ã o :
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CH 4 (g ) + 2 O 2 (g ) Ã CO 2 (g ) + 2 H 2 O (l )
A variaç ão de ent alpia será:
DH RQ = [ DH f (CO 2 ) + 2 DH f (H 2 )] - [ DH f (CH 4 ) + 0 ]
DH RQ = [ (- 3 9 3 ,4 ) + 2 (- 2 8 5 ,5 )] - (- 7 4 ,8 2 )
DH RQ = - 8 8 9 ,5 8 k J o u l e /m o l
A En t a l p i a d e f o r m a ç ã o d o O 2 é n u l a .
(s u b s t â n c i a s i m p l e s )
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Aplic aç ões da Lei de Hess
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1 . Pr e v i s ã o d e c a l o r e s d e r e a ç ã o , a p a r t i r d e
ent alpias c onhec idas.
2 . De t e r m i n a ç ã o d o p o d e r c a l o r íf i c o d e c o m b u s t ív e i s a u t o m o t i v o s e a l i m e n t o s .
Ex e m p l o s
Oc t a n o (g a s o l i n a ) = 4 7 ,8 k J o u l e /g r a m a
Et a n o l (á l c o o l c o m u m ) = 4 4 ,7 k J o u l e /g r a m a
M e t a n o (GN V ) = 4 9 ,0 k J o u l e /g r a m a
Gl i c o s e (c a r b o h i d r a t o ) = 1 7 ,5 k J o u l e /g r a m a
L i p íd i o (g o r d u r a s ) = 3 8 ,6 k J o u l e /g r a m a
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