Calor de reação, entalpia e equações termoquímicas
Num churrasco, o carvão queima e esquenta a grelha. Já a bolsa de gelo instantâneo que um jogador aperta depois de uma torção esfria sozinha, sem geladeira. Duas transformações químicas, dois efeitos opostos sobre a temperatura. De onde vem esse calor, e para onde ele vai quando "some"? Ao final desta página você vai saber responder.
Exotérmica ou endotérmica?
Toda substância guarda energia nas suas ligações e nas interações entre suas partículas. Numa reação, as ligações dos reagentes se rompem e novas ligações se formam nos produtos. Como reagentes e produtos têm quantidades diferentes de energia, a diferença sai (ou entra) na forma de calor.
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Reação exotérmica: libera calor para o ambiente. O ambiente esquenta. Exemplos: combustão do carvão, do etanol e do gás de cozinha.
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Reação endotérmica: absorve calor do ambiente. O ambiente esfria. Exemplos: dissolução do nitrato de amônio na bolsa de gelo instantâneo e a fotossíntese (que absorve energia da luz).
A grandeza que mede esse calor, a pressão constante, é a variação de entalpia, $\Delta H$:
$$\Delta H = H_{\text{produtos}} - H_{\text{reagentes}}$$Por quê? Pela conservação da energia: se os produtos ficam com menos energia, a diferença foi para o ambiente (calor liberado). Se ficam com mais, essa energia veio do ambiente.
Uma reação química libera calor para o ambiente e a temperatura do recipiente aumenta. Classifique essa reação como exotérmica ou endotérmica e indique qual é o sinal da…
Uma reação química libera calor para o ambiente e a temperatura do recipiente aumenta. Classifique essa reação como exotérmica ou endotérmica e indique qual é o sinal da variação de entalpia, $\Delta H$, nesse caso. Justifique brevemente.
Lucas colocou uma bolsa de gelo instantâneo sobre o tornozelo depois de um jogo de futsal. Ao apertá-la, a bolsa esfria porque ocorre uma dissolução que absorve calor do…
Lucas colocou uma bolsa de gelo instantâneo sobre o tornozelo depois de um jogo de futsal. Ao apertá-la, a bolsa esfria porque ocorre uma dissolução que absorve calor do ambiente. Esse processo é exotérmico ou endotérmico? Indique também o sinal de $\Delta H$.
Fechando o gancho: o carvão queima numa reação exotérmica ($\Delta H < 0$) e a bolsa de gelo esfria porque a dissolução é endotérmica ($\Delta H > 0$): ela tira calor do tornozelo.
Equações termoquímicas
Uma equação termoquímica é uma equação balanceada que traz os estados físicos e o valor de $\Delta H$:
$$\text{H}_2(g) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l) \qquad \Delta H = -286\ \text{kJ}$$Ela diz que, quando 1 mol de $\text{H}_2$ reage com $\tfrac{1}{2}$ mol de $\text{O}_2$ e forma 1 mol de água líquida, são liberados $286\ \text{kJ}$. Aqui coeficientes fracionários são aceitos, pois representam quantidade de matéria.
Três regras:
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Estados físicos importam. Formar $\text{H}_2\text{O}(g)$ libera menos calor que formar $\text{H}_2\text{O}(l)$, pois a condensação também libera energia.
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Proporcionalidade. Se você multiplica os coeficientes por um número, multiplica $\Delta H$ pelo mesmo número. Dobrando a quantidade de matéria, dobra o calor.
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Reação inversa. Inverter a equação troca o sinal de $\Delta H$. Se formar a água libera $286\ \text{kJ}$, decompô-la absorve $286\ \text{kJ}$.
A equação termoquímica da combustão do hidrogênio é $\text{H}2(g) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}2(g) \rightarrow \text{H}2\text{O}(l)$, com $\Delta H = -286\ \text{kJ}$. Essa…
A equação termoquímica da combustão do hidrogênio é $\text{H}_2(g) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l)$, com $\Delta H = -286\ \text{kJ}$. Essa reação é exotérmica ou endotérmica? Explique o que o valor e o sinal de $\Delta H$ informam sobre a energia dos reagentes e dos produtos.
Em um diagrama de entalpia, os reagentes de uma reação estão no nível $H = 150\ \text{kJ}$ e os produtos no nível $H = 210\ \text{kJ}$. Determine o valor de $\Delta H$,…
Em um diagrama de entalpia, os reagentes de uma reação estão no nível $H = 150\ \text{kJ}$ e os produtos no nível $H = 210\ \text{kJ}$. Determine o valor de $\Delta H$, classifique a reação como exotérmica ou endotérmica e escreva como seria a equação termoquímica da reação inversa, mantendo a mesma quantidade de matéria.
Calor liberado em cálculos com massa molar
O $\Delta H$ de uma equação termoquímica vale para as quantidades em mol escritas nela. Para outra massa de substância, use proporção, ou regra de três.
Dois tipos de $\Delta H$ aparecem muito em tabelas e no ENEM.
Também é possível comparar combustíveis. O valor por mol não basta, porque cada substância tem massa molar diferente. Para saber qual rende mais num fogareiro ou num tanque, divida pela massa molar e obtenha o calor por grama:
$$\text{calor por grama} = \frac{|\Delta H|}{M}$$Considere a equação $\text{C}(s) + \text{O}2(g) \rightarrow \text{CO}2(g)$, com $\Delta H = -394\ \text{kJ}$. Calcule a quantidade de calor liberada na combustão…
Considere a equação $\text{C}(s) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)$, com $\Delta H = -394\ \text{kJ}$. Calcule a quantidade de calor liberada na combustão completa de $36\ \text{g}$ de carbono. Dado: massa molar do carbono, $12\ \text{g/mol}$. Mostre o raciocínio.
A combustão do metano é representada por $\text{CH}4(g) + 2\,\text{O}2(g) \rightarrow \text{CO}2(g) + 2\,\text{H}2\text{O}(l)$, com $\Delta H = -890\ \text{kJ}$. Júlia…
A combustão do metano é representada por $\text{CH}_4(g) + 2\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)$, com $\Delta H = -890\ \text{kJ}$. Júlia queimou $8\ \text{g}$ de metano em um experimento de aula. Calcule o calor liberado. Dado: massa molar do $\text{CH}_4$ = $16\ \text{g/mol}$.
Gabriel compara dois combustíveis para um fogareiro: o etanol, com calor de combustão de $-1.368\ \text{kJ/mol}$ (massa molar $46\ \text{g/mol}$), e o metano, com…
Gabriel compara dois combustíveis para um fogareiro: o etanol, com calor de combustão de $-1.368\ \text{kJ/mol}$ (massa molar $46\ \text{g/mol}$), e o metano, com $-890\ \text{kJ/mol}$ (massa molar $16\ \text{g/mol}$). (a) Calcule a energia liberada por grama de cada combustível. (b) Indique qual fornece mais energia por grama. (c) Explique por que comparar apenas os valores por mol poderia levar a uma conclusão diferente.
Lei de Hess
Nem toda reação pode ser medida diretamente. Queimar carbono até $\text{CO}$ sem formar também $\text{CO}_2$ é muito difícil. A Lei de Hess resolve isso:
Isso funciona porque a entalpia é uma propriedade do estado do sistema: subir pela escada ou pelo elevador leva à mesma variação de altura.
Operações permitidas: inverter a equação (troca o sinal de $\Delta H$), multiplicar por um número (multiplica $\Delta H$) e somar. Substâncias iguais em lados opostos se cancelam.
Use a Lei de Hess para determinar o $\Delta H$ da reação $\text{C}(s) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}2(g) \rightarrow \text{CO}(g)$, a partir das equações: (I)…
Use a Lei de Hess para determinar o $\Delta H$ da reação $\text{C}(s) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}(g)$, a partir das equações:
(I) $\text{C}(s) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)$, $\Delta H = -394\ \text{kJ}$
(II) $\text{CO}(g) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)$, $\Delta H = -283\ \text{kJ}$
Explique quais operações (inverter, multiplicar) você aplicou em cada equação e por quê.
Resumo
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Exotérmica: libera calor, $\Delta H < 0$. Endotérmica: absorve calor, $\Delta H > 0$.
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$\Delta H = H_{\text{produtos}} - H_{\text{reagentes}}$, medido à pressão constante.
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A equação termoquímica indica estados físicos e $\Delta H$ para as quantidades em mol escritas.
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Inverter a equação troca o sinal de $\Delta H$; multiplicar a equação multiplica $\Delta H$.
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Para outra massa: converta em mol com $M$ e use regra de três. Para comparar combustíveis, use o calor por grama.
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Lei de Hess: $\Delta H$ depende só do estado inicial e do final, então equações podem ser somadas com seus $\Delta H$.