Termoquímica
Deborah Tiemi Saiki
16987
Luiz Antonio Rosa Machado
17103
José Henrique Fonseca Franco 17086
Sumário
1. A Natureza da Energia
2. A Primeira Lei da Termodinâmica
3. Entalpia
4. Entalpia de Reação
5. Calorimetria
6. Lei de Hess
7. Entalpias de Formação
8. Alimentos e Combustíveis
Introdução
Termoquímica é o ramo da química que estuda a
energia associada a uma reação química. O calor de
Reação é o calor 'liberado' ou 'absorvido' por uma
reação e pode ser medido em joules ou calorias, a
unidade aceita pelo SI é o Joule. Em outras palavras é
o estudo das quantidades de calor liberadas ou
absorvidas durantes as reações químicas.
1. A Natureza da
Energia
Energia é a capacidade de realizar trabalho e de transferir
calor.
Energia Cinética: a energia do movimento, sua magnitude
depende da massa e da velocidade do objeto.
Energia Potencial: é a forma de energia que se encontra
armazenada em um sistema
e que pode ser utilizada a
qualquer momento para
realizar trabalho.
1. A Natureza da
Energia
Energia térmica: Energia cinética das moléculas das
substâncias.
Energia química: Energia potencial acumulada nos
arranjos dos átomos das substâncias.
Unidades de medida: Joule(J) e Caloria(cal), sendo
1 cal = 4,184 J.
2. Primeira Lei da
Termodinâmica
A primeira lei da termodinâmica é a lei de
conservação da energia, a energia não pode ser
criada nem destruída. Nela observamos a
equivalência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia
que a energia total transferida para um sistema é
igual à variação da sua energia interna.
2. Primeira Lei da
Termodinâmica
Um sistema composto de
H2(g) e O2(g) tem mais
energia interna que um
sistema composto de
H2O(l). O sistema perde
energia (∆E<0) quando:
H2 e O2 são convertidos
em H2O. Ele ganha
energia (∆E>0) quando
H2O se decompõe em H2
e O2.
∆U = Q + W
∆E = Efinal – Einicial
E = Ecinética + Epotencial
3. Entalpia
É o total de energia liberada ou absorvida em
uma transformação de um dado sistema, à
pressão constante.
H = E + PV
ΔH = ΔE + PΔV
As transformações termoquímicas podem ser:
3. Entalpia
Exotérmica
Endotérmica
3. Entalpia
*Fatores que influenciam o valor de ΔH
- Quantidade de reagente e produtos, quanto
maior a quantidade, maior a energia liberada
ou absorvida;
- Estado físicos, Hsólido < Hlíquido < Hgás;
- Temperatura e pressão;
- Forma alotrópica.
3. Entalpia
Reações exotérmicas
combustão em motores de
automóveis
queima de
carvão
Reações endotérmicas
formação de nuvens
derretimento de gelo
4. Entalpia de
reação
Como vimos em reações exotérmicas e
endotérmicas há uma troca de calor entre o
sistema reativo e o meio ambiente. A quantidade
de fluxo de calor está relacionada com o
conteúdo térmico dos reagente e produtos.
Quando o sistema sofre uma transformação há
uma variação de entalpia correspondente à
diferença de conteúdo energético entre os
reagentes e produtos.
4. Entalpia de
reação
ΔH = H
produtos
–H
reagentes
ΔH > 0 Reações Endotérmicas
ΔH < 0 Reações Exotérmicas
5. Calorimetria
• É a medição do fluxo de calor. O
aparelho utilizado para medir o fluxo
chama-se calorímetro.
•Capacidade calorífica (ou térmica):
quantidade de calor necessária para
aumentar a temperatura de uma
substância em 1 K (1°C). A unidade usada
no SI é J/K.
5. Calorimetria
• Calor específico: corresponde à quantidade
de calor recebida ou cedida por 1 g da
substância que leva a uma variação de 1K
(1°C)
• Q = m.c.∆θ
6. Lei de Hess
Enunciada em 1840,
a lei de Hess permite
o cálculo da variação
da entalpia de uma
reação, mesmo que
seja difícil a sua
determinação.
6. Lei de Hess
A Lei de Hess nos permite, então, concluir
que o ΔH da reação global pode ser obtido pela
soma do ΔH das reações, que correspondem às
etapas intermediárias, ou seja:
ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ...
6. Lei de Hess
A Lei
A variação da entalpia de uma reação
depende apenas dos resultados final e
inicial, seja a
reação executada
em uma única
etapa ou em
várias etapas.
6. Lei de Hess
A lei de Hess nos permite tratar equações químicas
como equações matemáticas.
Devemos lembrar que o ΔH depende das
quantidades de reagentes e produtos, assim ao
multiplicar ou dividir os coeficientes de uma equação
devemos fazer o mesmo com o ΔH da reação.
Se em um sentido a reação é exotérmica, no sentido
oposto é endotérmica, e vice-versa. Então, ao se
inverter uma equação, devemos inverter o sinal do
ΔH.
7. Entalpias de
Formação
É a variação da entalpia da reação de
formação de um mol de um composto a
partir de seus constituintes elementares na
sua forma mais abundante, ou seja, é
a energia liberada ou absorvida pela reação
de formação de compostos.
7. Entalpias de
Formação
ΔH = Σ ΔHf (produtos) – Σ ΔHf (reagentes)
Substâncias simples em suas formas
alotrópicas mais estáveis possuem entalpia
de formação igual a zero.
7. Entalpias de
Formação
Energia de ligação
É a energia necessária para romper um mol de
ligação entre 2 átomos no estado gasoso a 25°C.
O rompimento da ligação é sempre um processo
endotérmico.
Em uma reação química há rompimento e formação
de ligações. A variação de entalpia corresponde ao
saldo energético entre rompimento e formação.
ΔH = H
rom
–H
for
8. Alimentos e
Combustíveis
A maioria da energia que o nosso corpo
necessita vem de carboidratos e gorduras.
Os amidos são decompostos no intestino em
glicose, que entra na corrente sanguínea e
reage com o O2 formando gás carbônico,
água e energia.
8. Alimentos e
Combustíveis
8. Alimentos e
Combustíveis
Biodiesel (ésteres mono alquila) é um comustível diesel de queima limpa, derivado
de fontes naturais e renováveis como os vegetais. É obtido principalmente de
girassol, amendoim, mamona, sementes de algodão e de colza. É uma alternativa
renovável, que resolve dois problemas ambientais ao mesmo tempo: aproveita um
resíduo, aliviando os aterros sanitários, e reduz a poluição atmosférica. É uma
alternativa para os combustíveis tradicionais que não são renováveis, como o
gasóleo.
O biodiesel reduz 78% das emissões poluentes como o dióxido de carbono que é o
gás responsável pelo efeito de estufa que está alterando o clima em escala mundial,
e 98% de enxofre na atmosfera.
Os motores a óleo vegetal possibilitam uma redução de 11% a 53% na emissão de
monóxido de carbono, e os gases da combustão do óleo vegetal não emitem dióxido
de enxofre, um dos causadores da chamada chuva ácida. O Brasil também tem a
preocupação em reduzir poluentes. Desde 1997 fazemos óleo diesel com menor teor
de enxofre.
8. Alimentos e
Combustíveis
O carvão é bastante utilizado tanto para gerar energia elétrica em usinas
termelétricas, quanto como matéria-prima para produzir aço nas siderúrgicas. Os
alto-fornos dessas indústrias exigem um carvão mineral de alta qualidade, que não
possuam resíduos: um carvão com alto poder calorífero (que produza muito calor,
muita energia), com elevada concentração de carbono.
8. Alimentos e
Combustíveis
Energia da Biomassa
A utilização do biogás proveniente
de lixo e dejetos sanitários como
insumo para produção de energia
representa grande benefício socioambiental. Esse tipo de projeto
proporciona vantagens para os
grandes centros urbanos, devido à
redução de emissões de poluentes,
como o metano, gás de grande
impacto no efeito estufa e que, em
média, corresponde a 50% do
volume do biogás.
8. Alimentos e
Combustíveis
O petróleo é uma substância viscosa, mais leve que a água, composta por grandes
quantidades de carbono e hidrogênio (hidrocarboneto) e quantidades bem menores
de oxigênio, nitrogênio e enxofre.
Nas refinarias, o petróleo é submetido a uma destilação fracionada, sendo separado
em grupos. Na destilação encontramos os seguintes
componentes:
* De 20 a 60 ºC -> éter de petróleo
* De 60 a 90 ºC -> benzina
* De 90 a 120 ºC -> nafta
* De 40 a 200 ºC -> gasolina
* De 150 a 300 ºC -> querosene
* De 250 a 350 ºC -> gasóleo
* De 300 a 400 ºC -> óleos lubrificantes
* Resíduos -> asfalto, piche e coque
* Subprodutos -> parafina e vaselina
8. Alimentos e
Combustíveis
O gás hidrogênio (H2) é explorado para uso em motores a combustão e em células
de combustível. É um gás nas condições normais de temperatura e pressão, o que
apresenta dificuldades de transporte e armazenagem. Sistemas de armazenamento
incluem hidrogênio comprimido, hidrogênio líquido e ligação química com algum
material.
Embora não existam sistemas de distribuição e transporte de hidrogênio, a
habilidade de criar o combustível de uma variedade de fontes e suas características
limpas fazem do hidrogênio uma fonte desejável de energia alternativa.
Propriedades químicas: O combustível mais simples e mais leve é o gás hidrogênio.
Ele é gasoso a temperatura ambiente e pressão atmosférica. O combustível em si
não é hidrogênio puro. Ele tem pequenas quantidades de oxigênio e de outros
materiais. A densidade energética do hidrogênio é de 38 kWh/kg. A gasolina que é
considerada muito energética só gera 14 kWh/kg.
8. Alimentos e
Combustíveis
Um reator nuclear produz calor modificando os átomos do seu combustível,
transformando urânio ou plutônio noutros elementos. As máquinas que utilizam
energia química modificam as moléculas do seu combustível e os elementos
mantêm-se inalterados.