Sabemos que a matéria na natureza se apresenta em três
estados físicos (Sólido, Líquido e Gasoso) e que a mudança de
estado físico de determinada substância é produto da absorção
ou liberação de calor pela mesma.
Ex1:
Absorção de Calor (Maior energia)
# REAÇÕES EXOTÉRMICAS: São as reações que produzem ou
liberam calor.
Ex2:
- queima do carvão: C + O2 → CO2 + calor (∆)
- queima da gasolina: C8H18 +
O2 → 8 CO2 + 9 H2O + ∆
OBS1: note que nos exemplos o calor
é produto da reação, ou seja, está
sendo liberado (produzido).
Liberação de Calor (Menor energia)
Com as reações químicas não é diferente, ou seja, para que
determinadas substâncias se transforme em outra é necessário
que haja absorção ou liberação de calor. E a parte da química
que estuda as energias absorvidas e liberadas de suas reações e
de suas mudanças de estado físico é a TERMOQUÍMICA.
I. CALOR
O calor é a forma de energia mais comum que acompanha
as reações químicas, portanto é importante que lembremos
alguns conceitos.
→ CALOR: é uma energia que flui de um corpo de maior
temperatura para outro de menor temperatura;
→ Caloria: é a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura em 1 grama de água em 1°C
Unidade: cal ou kcal; Joule (J)
1 kcal..................1000 cal
1cal....................4,18J
1kJ.....................1000 J
→ Calor Específico (c): é a quantidade de calor necessária para
elevar a temperatura em 1 grama de água em 1°C de
determinada substância.
→ Quantidades de Calor (Q): grandeza que mede o calor
recebido ou liberado de uma substância.
# REAÇÕES ENDOTÉRMICAS: São aquelas que consomem ou
absorvem calor.
Ex3:
- decomposição do carbonato de cálcio:
CaCO3 + ∆ → CO2 + CaO
- síntese do óxido nítrico:
N2 + O2 + ∆ → 2NO
OBS2: já nestes exemplos o calor é
um reagente, é necessário para que
a reação aconteça, ou seja,
absorvido (consumido).
III. ENTALPIA (H) e VARIAÇÃO DE ENTALPIA (∆H)
É a medida da quantidade de calor liberada ou absorvida por
uma reação química a pressão constante.
∆H = Hfinal – Hinicial
∆H = Hprodutos – Hreagentes
IV. GRÁFICOS DAS REAÇÕES EXOTÉRMICAS E ENDOTÉRMICAS:
A) REAÇÕES EXOTÉRMICAS: São reações que liberam calor para
o meio, onde as substâncias produzidas apresentam menos
energia do que as substâncias que reagiram, (Hreag.>Hprod.),
sendo assim a variação de entalpia é negativa (∆H<0).
# GRÁFICO DE UMA REAÇÃO EXOTÉRMICA:
Q = m . c . ∆T
m = massa da substância;
c = calor específico da substância;
∆T = variação da temperatura da substância (∆T=Tf – Ti)
II. REAÇÕES TERMOQUÍMICAS
Como já foi dito a termoquímica estuda o calor liberado ou
absorvido por uma reação química, deste modo para a
termoquímica existem 2 tipos de reações químicas, as liberam e
as que absorvem calor:
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Ex3:Na combustão do etanol (álcool etílico) demonstrada
abaixo:
1
Considere 1 mol de etanol líquido reage com 3 mol de
oxigênio gasoso produzindo 2 mol de CO2 gasoso e 3 mol de
água líquida liberando 326 kcal. Graficamente temos:
B) REAÇÕES ENDOTÉRMICAS: São reações que absorvem calor
do meio produzindo substância com maior energia. Nessas
reações os produtos apresentam entalpia maior (Hprod.>Hreag.),
sendo assim uma variação de entalpia positiva (∆H > 0).
B) INFLUÊNCIA DO ESTADO FÍSICO DOS REAGENTES E
PRODUTOS:
Nas equações químicas a seguir a água formada se
apresenta nos três estados físicos (vapor, líquido e gelo) e note
que o ∆H varia de acordo com o estado físico da água formada.
Ex7:
H2(g) + ½O2(g) → H2O(v)
∆H = - 242,9 kJ/mol
H2(g) + ½O2(g) → H2O(L)
∆H = - 286,6 kJ/mol
H2(g) + ½O2(g) → H2O(s)
∆H = - 292,6 kJ/mol
C) INFLUÊNCIA DO ESTADO ALOTRÓPICO
Os calores de reação variam também de acordo com as
variedades alotrópicas apresentadas pelos elementos químicos.
# GRÁFICO DE UMA REAÇÃO ENDOTÉRMICA:
Ex4: Para um motor funcionar uma reação que ocorre é a do
nitrogênio (N2) e o oxigênio (O2) presentes no ar atmosférico
produzindo monóxido de nitrogênio (NO). A equação que
representa esta reação é: N2 + O2  2NO H= +44kcal
Considerando 1 mol de nitrogênio gasoso reage com 1 mol
de oxigênio gasoso produzindo 2 mol de monóxido de
nitrogênio gasoso absorvendo 44 kcal. Graficamente temos:
V. FATORES QUE INFLUEM O ∆H (CALORES) DAS REAÇÕES
A) INFLUÊNCIA DAS QUANTIDADES DE REAGENTES E
PRODUTOS:
A quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação
depende, em primeiro lugar, das quantidades dos reagentes e
dos produtos que participam da reação. E os valores de ∆H,
escrito ao lado de uma reação química, é referente às
quantidades em mols escritas na equação.
Ex5:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(v)
∆H = - 485,8 kJ
O valor de 485,8 kJ liberado é para a reação de 2 mols de H 2,
1 mol de O2 e 2 mols de H2O.
Se a equação for multiplicada ou dividida por um número, o
mesmo acontecerá com o ∆H.
Ex6:
H2(g) + ½O2(g) → H2O(v)
∆H = - 242,9 kJ
D) INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
O valor do H varia com a temperatura, porém não é
obrigatoriamente de forma proporcional, assim o aumento de
temperatura produz aumento no calor liberado ou absorvido.
Observe as reações a seguir, realizadas sob diferentes
temperaturas:
Ex8:
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(L)
H1= 210Kcal a 20C
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(L)
H2= 212 Kcal a 25C
E) INFLUÊNCIA DA PRESSÃO
A pressão praticamente não influi nos calores de reação que
envolvem sólidos e líquidos. Mesmo em reações que envolvem
gases, a influência da pressão é muito pequena, tornando-se
perceptível somente em pressões elevadíssimas (na ordem de
1000 atm).
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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1) Observe as seguintes equações termoquímicas:
I. C(s)+H2O(g)  CO(g)+H2(g)
H=+31,4kcal
II. CO(g)+1/2O2(g)  CO2(g)
H=-67,6kcal
III. H2(g)+1/2O2(g)  H2O(g)
H=-57,8kcal
De acordo com a variação de entalpia, podemos afirmar:
a) I é endotérmica, II e III exotérmicas.
b) I e III são endotérmicas, II exotérmica.
c) II e III são endotérmicas, I exotérmica.
d) I e II são endotérmicas, III exotérmica.
e) II é endotérmica e I e III exotérmicas.
2) As reações químicas que envolvem energia são classificadas,
quanto à liberação de calor, em reações exotérmicas e
endotérmicas. Chama-se variação de entalpia (H) a quantidade
de calor que podemos medir, sob pressão constante, em uma
reação química. Dadas as reações:
I. H2(g) + 1/2 O2(g)  H2O(g)
H = - 68,3 kcal/mol
II. H2O(g)  H2(g) + 1/2 O2(g)
H = + 68,3 kcal/mol
podemos afirmar que:
a) a reação II é exotérmica e a I é endotérmica.
b) a reação I é exotérmica e a II é endotérmica.
c) as duas reações são exotérmicas.
d) as duas reações são endotérmicas.
e) as duas reações liberam calor.
3) Considere as equações termoquímicas a seguir:
I. H2(g) + 1/2O2(g)  H2O(L)
H = -285,8 kJ/mol
II. 1/2H2(g) + 1/2Cℓ2(g)  HCℓ(g)
H = -92,5 kJ/mol
III. 1/2H2(g) + 1/2F2(g)  HF(g)
H = -268,6 kJ/mol
IV. H2(g) + 2C(s)  C2H2(g)
H =+226,8 kJ/mol
V. 2H2(g) + 2C(s)  C2H4(g)
H = +52,3 kJ/mol
Em qual das reações há liberação de MAIOR quantidade de
calor por 1,0 mol de hidrogênio consumido?
a) I
d) IV
b) II
e) V
c) III
4) Um dos sistemas propelentes usados em foguetes é uma
mistura de hidrazina (N2H4) como combustível e peróxido de
hidrogênio (H2O2) como oxidante. Esses reagentes são
hipergólicos, isto é, eles iniciam a reação pelo simples contato.
A reação que ocorre é:
N2H4(l) + 2H2O2(l) → N2(g) + 4H2O(g)
Sobre essa reação são feitas as seguintes afirmações:
I. há absorção de calor, sendo a reação endotérmica.
II. a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes.
III. para a formação de 1 mol de glicose há liberação de 2800kJ.
Está(ão) correta(s):
a) I e II
d) I, II e III
b) I e III
e) I
c) II e III
6) Dentre um conjunto de reações químicas possíveis, ocorrerá
primeiro, espontaneamente, aquela que for mais exotérmica.
Qual das reações químicas apresentadas é mais exotérmica?
1. 1/2H2(g) + 1/2F2(g)  HF(g)
∆H = - 64,2 kcal
2. 1/2H2(g) + 1/2 Cl2(g)  HCl(g)
∆H = - 22,1 kcal
3. 1/2H2(g) + 1/2Br2(g)  HBr(g)
∆H = - 8,7 kcal
4. H2(g) + 1/2O2(g)  H2O(g)
∆H = - 57,79 kcal
5. 1/2H2(g) + 1/2I2(s)  HI(g)
∆H = + 6,2 kcal
a) 1.
b) 2.
c) 3.
d) 4.
e) 5.
7) Considere o seguinte gráfico:
De acordo com o gráfico acima, indique a opção que
completa, respectivamente, as lacunas da frase a seguir:
“A variação da entalpia, H, é .................; a reação é
.............porque se processa ............. calor.”
a) positiva, exotérmica, liberando.
b) positiva, endotérmica, absorvendo.
c) negativa, endotérmica, absorvendo.
d) negativa, exotérmica, liberando.
e) negativa, exotérmica, absorvendo.
8) Dada a equação termoquímica abaixo, assinale a assertiva
correta:
C(graf) + 2S(romb)  CS2(L)
H = + 19kcal/mol
a) O processo é endotérmico, ou seja, libera calor.
b) No processo, Hp é menor 19 unidades de caloria que Hr.
c) O processo aquece o sistema, pois libera energia.
d) O processo é exotérmico, tem Hp < Hr e, portanto, < 0.
e) Nesta reação, ocorre absorção de 19 kilocalorias com Hp > Hr.
o
Os reagentes são misturados a 25 C na relação molar indicada
na equação. Sabendo que as entalpias de formação da
hidrazina, do peróxido de hidrogênio e da água são,
respectivamente, +12 Kcal/mol, - 46 Kcal/mol e - 57,8 Kcal/mol,
determine o calor da reação proposta.
a) -151,2 kcal/mol
d) +162,1 kcal/mol
b) -162,1 kcal/mol
e) +151,2 kcal/mol
c) -173,2 kcal/mol
5) Considere a reação da fotossíntese representada pela
seguinte equação termoquímica
6 CO2(g) + 6 H2O(L) + 2800kJ → C6H12O6(S) + 6O2(g)
9) Analise os dois processos e assinale a resposta correta:
1) 1H2(g) + ½O2(g)  1H2O(L)
2) 2H2(g) + 1O2(g)  2H2O(L)
H = - 68,30Kcal / mol
H = -136,6Kcal / mol
a) Os dois processos absorvem energia.
b) Os dois processos são semelhantes e temos Hp > Hr em 1 e 2.
c) O processo 1 é endotérmico enquanto que o 2 é exotérmico.
d) Em 2, dobramos as quantidades de reagentes e produtos,
dobramos o da reação 1, o que comprova que o mesmo é um
valor estequiométrico.
e) Os dois processos são endotérmicos.
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