TERMOQUÍMICAMaira Gazzi Manfro e Giseli Menegat

maira.manfro@caxias.ifrs.edu.brgiseli.menegat@caxias.ifrs.edu.br

O QUE É?TERMOQUÍMICA: é a parte da físico-química que estuda o calor envolvido nas reações químicas, as trocas de calor.

CALORÍMETRO: é um equipamento de laboratório capaz de medir o calor absorvido ou liberado de uma reação.

ENTALPIA DA REAÇÃO (ΔH): é a representaçãodo calor da reação. Pode ser em kcal ou kJ.

1 kcal = 4,184 kj cal = caloria j = joule

Figura 1 - Calorímetro

REAÇÕES EXOTÉRMICAS

● Liberam calor;● ΔH < 0;● Nas reações aparece como:

○ A + B → C + x○ A + B - x → C○ A + B → C ΔH = -x

GRÁFICO:

HR = calor dos reagentes

HP = calor dos produtos

ΔH = calor liberado

Figura 2 - Gráfico de uma reação exotérmica

REAÇÕES ENDOTÉRMICAS

● Absorvem calor;● ΔH > 0;● Nas reações aparece como:

○ A + B → C - x○ A + B + x → C○ A + B → C ΔH = +x

GRÁFICO:

HR = calor dos reagentes

HP = calor dos produtos

ΔH = calor absorvido

Figura 3 - Gráfico de uma reação endotérmica

EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS

O que deve conter?

➔ Estado físico da substância◆ sólido, líquido ou gasoso

➔ Estado alotrópico◆ o mais estável deve aparecer na

reação

➔ Estequiometria da reação◆ balancear a reação

➔ ΔH◆ calor liberado ou absorvido

➔ Temperatura e Pressão◆ se não aparece, considerar 1 atm

e 25 °C; ou “em condições ambientais”

INTERPRETAÇÃO DE UMA EQUAÇÃO TERMOQUÍMICAEx.: H2 (g) + ½O2 (g) → H2O(l) + 68,3

kcal/mol

INTERPRETAÇÃO DO EXEMPLO:

Um mol de gás hidrogênio reagem* com meio mol de gás oxigênio produzindo um mol de água líquida. A reação libera 68,3 kcal/mol em condições ambientais.

* Se escreve “reagem” pois nunca é exatamente um mol.

TIPOS DE CALORESCALOR DE FORMAÇÃO (Hf

0):

É o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de qualquer substância.

Ex.: 2Cgraf* + 2H2 (g) → C2H4 (g)

ΔH = +11kcal/mol**

* Cgraf: é a forma mais estável do carbono (grafite); estado alotrópico.

** mol, pois nos calores de formação é sempre em relação ao 1 mol de substância formada.

CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO:

É o calor liberado em uma reação de neutralização.

Ex.: HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

ΔH= -13,8 kcal

CALOR DE COMBUSTÃO:

É o calor liberado na queima de 1 mol de qualquer substância.

Combustão completa (oxigênio é suficiente)

Ex.: C6H12O6 (s) + 6O2 (g) ↔ 6 CO2

(g) + 6 H2O (l) + energia

Combustão incompleta (oxigênio é insuficiente)

Ex.: CH4 (g) + 3/2 O2 (g) → CO(g) + 2H2O (l) + energia

CÁLCULOS DE ΔHVai depender do que o exercício fornecer e de quais informações se tem

relacionadas ao calor da reação.

1) Cálculo a partir do conhecimento do Calor de Formação

Conhecendo o calor de formação dos reagentes e dos produtos é possível utilizar a fórmula abaixo para determinar o ΔH:

ΔH = Hprodutos - Hreagentes

Ex.: Determine a entalpia (ΔH) da reação: 1 C4H10 (g) + 13/2 O2 (g)* → 4 CO2 (g) + 5 H2O (l) sabendo que:

ΔHf0 C4H10 (g) = -30,22 kcal/mol ΔHf

0 4 CO2 (g) = -94 kcal/mol ΔHf0 5 H2O (l) = -68,36 kcal/mol

Resposta: ΔH = HP - HR = [4X(-94)+5X(-68,36)] - [1X(-30,22)] = [-717,8] - [-30,22] = -687,58 kcal/mol

* Substâncias simples, como O2 possuem ΔH = zero, logo, são desprezíveis para o cálculo do calor da reação (ΔH). Isso serve para qualquer um dos três tipos de cálculos, a não ser que o valor esteja explícito no exercício.

SUBSTÂNCIAS SIMPLES: são aquelas formadas por um único elemento químico.

2) Cálculo a partir do conhecimento da Energia de LigaçãoEnergia de ligação é a energia envolvida na quebra ou formação das

ligações entre os átomos. Conhecendo a energia de ligação dos reagentes e dos produtos é possível utilizar a fórmula abaixo para determinar o ΔH:

ΔH = Hreagentes - Hprodutos

Ex.: Determine o calor de combustão do gás propano sabendo que:

C - C: 346,8 kj/mol C - H: 413,4 kj/mol O = O: 497,8 kj/mol C = O: 744 kj/mol H - O: 462,3 kj/mol

Resposta: Primeiramente é necessário montar a reação: C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

A seguir, monta-se a fórmula estrutural dos componentes:

Depois calcula-se o ΔH:ΔH = HR - HP = [2X(346,8)+8X(413,4)+5X1X(497,8)] - [3X2X(744)+4X2X(462,3)] = [6489,8] - [8162,4] = -1672,6 kj/mol

* Os números em verde equivalem a quantidade de ligações existentes. Ex.: se há duas ligações C = O nos produtos, então multiplica-se a energia de ligação fornecida (744 kj/mol) pelo número de ligações (2) e, de acordo com o número de mols (3) multiplica-se o resultado anterior.

3) Cálculo a partir do conhecimento das etapas da reação (LEI DE HESS)

Conhecendo o calor de formação dos reagentes e dos produtos e as etapas da reação, a partir da soma das etapas, é possível utilizar a fórmula abaixo para determinar o ΔH:

ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ...

PASSO A PASSO:1. Primeiramente obtém-se a equação final desejada para ter conhecimento dos coeficientes

estequiométricos necessários;2. Multiplica-se ou inverte-se as equações das etapas para chegar a equação final encontrada no

item 1.a. Multiplicando a equação, multiplica-se o ΔH;b. Invertendo a equação, inverte-se o sinal do ΔH.

3. Para o cálculo do ΔH final, soma-se os ΔH das equações das etapas, já com as modificações feitas no item 2.

3) Cálculo a partir do conhecimento das etapas da reação (LEI DE HESS)Ex.: Determine a energia liberada na queima de 1 mol de glicose em presença de oxigênio, sabendo que: Etapa 1: 6C(s) + 6H2(g) + 3O2(g) → C6H12O6(aq) ΔH1 = -1.263 kj

Etapa 2: C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH2 = -413 kjEtapa 3: H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ΔH3 = -286 kj

Resposta: 1) Primeiramente obtém-se a equação final: C6H12O6(aq) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l)

2) Após, faz-se as modificações de inversão ou multiplicação nas etapas:

Etapa 1: inverte-se a equação para a glicose (C6H12O6(aq)) ficar no lado dos reagentes;

Etapa 2 e 3: multiplica-se por 6 a equação para obter 6O2(g) e 6H2O(l), respectivamente. Não é necessário inverter pois os compostos estão localizados de acordo com a equação final.

3) Por último, realizam-se os cálculos: C6H12O6(aq) → 6C(s) + 6H2(g) + 3O2(g) ΔH1 = +1.263 kj6C(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) ΔH2 = -413 kj X 66H2(g) + 3O2(g) → 6H2O(l) ΔH3 = -286 kj X 6------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

C6H12O6(aq) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) ΔH = -2931 kj

EXERCÍCIOS

1. (Vunesp-SP) Ozonizador é um aparelho vendido no comércio para ser utilizado no tratamento da água. Nesse aparelho é produzido ozônio (O3) a partir do oxigênio do ar (O2), que mata os micro-organismos presentes na água. A reação de obtenção do ozônio a partir do oxigênio pode ser representada pela equação:

3 O2(g) ↔ 2 O3(g) ΔH = +284 kJ

Com base nessa equação, e considerando a transformação de 1000 g de O2(g) em O3(g), a quantidade de calor envolvida na reação é:

a) 2958,33 kJ e a reação é endotérmica.b) 1479,16 kJ e a reação é exotérmica.c) 739,58 kJ e a reação é exotérmica.d) 369,79 kJ e a reação é endotérmica.e) 184,90 kJ e a reação é endotérmica.

2. (UFRS) Considere as transformações a que é submetida uma amostra de água, sem que ocorra variação da pressão externa. Pode-se afirmar que:

a) as transformações 3 e 4 são exotérmicas.b) as transformações 1 e 3 são endotérmicas.c) a quantidade de energia absorvida em 3 é igual à quantidade liberada em 4.d) a quantidade de energia liberada em 1 é igual à quantidade liberada em 3.e) a quantidade de energia liberada em 1 é igual à quantidade absorvida em 2.

Figura 4 - Mudança de estado físico da água

3. Faça a interpretação das equações termoquímicas abaixo:

A. H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) + 68,3 kcal/mol

B. CO2 (g) → Cgrafite + O2 (g) ΔH = +70,6 kcal/mol

C. ½ N2 (g) + 3/2 H2 (g) → NH3 (g) + 80 kcal/mol

4. De acordo com as interpretações abaixo, escreva a equação termoquímica:

A. A 25 °C e 1 atm, 1 mol de hidrogênio reage com meio mol de oxigênio produzindo 1 mol de água e liberando 68,5 kcal.

B. Nas condições ambiente, ocorre a liberação de 94,5 kcal/mol, quando carbono diamante reage com oxigênio para produzir gás carbônico.

5. (UNCISAL) No processo de Haber-Bosch, a amônia é obtida em alta temperatura e pressão, utilizando ferro como catalisador. Essa amônia tem vasta aplicação como fonte de nitrogênio na fabricação de fertilizante e como gás de refrigeração. Dadas as energias de ligação, H – H→ 436 kJ/mol, N ≡ N→ 944 kJ/mol e H – N → 390 kJ/mol, a entalpia de formação de 1 mol de amônia é: 1 N2 + 3 H2 → 2 NH3

a) –88 kJ/mol. b) –44 kJ/mol. c) +44 kJ/mol. d) +88 kJ/mol. e) +600 kJ/mol.

6. (UERJ) O alumínio é utilizado como redutor de óxidos, no processo denominado de aluminotermia, conforme mostra a equação química: 8 Al(s) + 3 Mn3O4(s) → 4 Al2O3(s) + 9 Mn(s)

Observe a tabela:

Segundo a equação acima, para a obtenção do Mn(s), a variação de entalpia, na temperatura de 298 K, em KJ, é de:

a) -282,5 b) -2515,3 c) -3053,1 d) -10827,1

7. (Exercícios Brasil Escola) Um passo do processo de produção de ferro metálico, Fe(s), é a redução do óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO).

FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g) ∆H = x

Utilizando as equações termoquímicas abaixo e baseando-se na Lei de Hess, assinale a alternativa que indique o valor mais próximo de “x”:

Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) ∆H = -25 kJ3 FeO(s) + CO2(g) → Fe3O4(s) + CO(g) ∆H = -36 kJ2 Fe3O4(s) + CO2(g) → 3 Fe2O3(s) + CO(g) ∆H = +47 kJ

a) -17 kJ. b) +14 kJ. c) -100 kJ. d) -36 kJ. e) +50 kJ.

Figura 5 - Tabela sobre calores de formação

RESPOSTAS

1. Massa molar do O2 = 32 g/mol

1 mol O2------------------ 32 gramas 96 gramas O2--------------- +284 kJ3 mols O2---------------- X = 96 gramas 1000 gramas O2------------ X = + 2.958,33 kJ

ΔH > 0, logo, a reação é endotérmica (absorve calor). Letra A

2.

A. Errada. Transformação 4 é endotérmica.B. Errada. As transformações 1 e 3 são exotérmicas.C. Errada. A quantidade de energia liberada em 3 é igual à quantidade absorvida em 4.D. Errada. A quantidade de energia liberada em 1 não é igual à quantidade liberada em 3,

porque não são transformações iguais e nem são uma o oposto da outra.E. Correta. 1 e 2 são processos opostos que envolvem a mesma quantidade de energia.

3. Faça a interpretação das equações termoquímicas abaixo:

A. Um mol de gás hidrogênio reagem com meio mol de gás oxigênio produzindo 1 mol de água líquida. A reação libera 68,3 kcal/mol em condições ambientais.

B. Um mol de gás carbônico produz um mol de carbono grafítico e um mol de gás oxigênio. A reação absorve 70,6 kcal/mol em condições ambientais.

C. Meio mol de gás nitrogênio reagem com três meios mols de gás hidrogênio produzindo um mol de gás amônia. A reação libera 80 kcal/mol em condições ambientais.

4. De acordo com as interpretações abaixo, escreva a equação termoquímica:

A. 1 H2 (g) + ½ O2 (g) → 1 H2O (l) + 68,5 kcal

B. Cdiamante + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = -94,5 kcal/mol

5. ΔH = Hreagentes - Hprodutos ΔH = [1X(944) + 3X(436)] - [2X3X(390)]ΔH = 2252 - 2340ΔH = -88 kJ/mol

2 mol NH3 ------------ -88 kJ/mol1 mol NH3 ------------ X = -44 kJ/mol

Letra B

Figura 6 - Fórmula estrutural da amônia

6. ΔH = Hprodutos - HreagentesΔH = [4X(-1667,8)+9X(0)] - [8X(0)+3X(-1385,3)]ΔH = (-6671,2) - (-4155,9)ΔH = -2515,3 kJ Letra B

7. 3 Fe2O3(s) + 9 CO(g) → 6 Fe(s) + 9 CO2(g) ∆H = -25 kJ X 36 FeO(s) + 2 CO2(g) → 2 Fe3O4(s) + 2 CO(g) ∆H = -36 kJ X 22 Fe3O4(s) + CO2(g) → 3 Fe2O3(s) + CO(g) ∆H = +47 kJ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6 FeO(s) + 6 CO(g) → 6 Fe(s) + 6 CO2(g) ∆H = -100 kJ DIVIDIR TUDO POR 6

FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g) ∆H = -17 kJ

Letra A

REFERÊNCIAS:[1] WIKIPÉDIA. Termoquímica. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Termoqu%C3%ADmica>.[2] WIKIPÉDIA. Calorímetro. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetro>. [3] INFO ESCOLA. Entalpia de Combustão. Disonível em: <https://www.infoescola.com/quimica/entalpia-de-combustao/>. [4] COLÉGIO WEB. Calor de formação. Disponível em <https://www.colegioweb.com.br/termoquimica-i/calor-de-formacao.html>. [5] DESCONVERSA. O que eu devo saber sobre Termoquímica?. Disponível em: <https://descomplica.com.br/blog/quimica/resumo-qui/resumo-termoquimica/>. [6] TODA MATÉRIA. Termoquímica. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/termoquimica/>. [7] MUNDO EDUCAÇÃO. Entalpia de Neutralização. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/entalpia-neutralizacao.htm>. [8] BRASIL ESCOLA. O que é energia de ligação?. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-energia-ligacao.htm>. [9] BRASIL ESCOLA. Substâncias simples e compostas. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/substancias-simples-compostas.htm>. [10]

REFERÊNCIAS DAS FIGURAS:[1]https://steemitimages.com/DQmNaBHEad6trRnnm4T81aNt23ZM8sGYVbmcHTTnVWJuTDM/D_Q_NP_872242-MLM26476584369_122017-Q.jpg[2]http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/08/reacao-exotermica.jpg[3]http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/08/reacao-endotermica.jpg[4]http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo/mudanca-de-estado-fisico.jpg[5]http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/upload/conteudo/tabela%20de%20entalpia.jpg[6]http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/upload/conteudo/Ligacoes-na-equacao-de-Haber-Bosch.jpg