Quebra e formação de ligações químicas
Quando acendes o esquentador lá de casa, o gás queima e a água do duche aquece. De onde vem essa energia? Não aparece do nada: vem das ligações químicas das moléculas que reagem. Neste apartado vais ver porque é que partir ligações custa energia, porque é que formá-las liberta energia, e como o saldo entre as duas decide se uma reação aquece ou arrefece a vizinhança.
Porque é que as ligações têm energia
Dois átomos de hidrogénio, longe um do outro, quase não interagem. Quando se aproximam, os eletrões de cada um passam a ser atraídos pelo núcleo do outro. Se a distância for a certa, a atração vence as repulsões e o sistema fica com menos energia do que tinha com os átomos separados. Formou-se uma ligação.
Repara no gráfico:
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À direita, os átomos estão muito afastados e a energia é praticamente nula (referência).
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Na distância de equilíbrio a energia é mínima: é aí que a molécula é mais estável.
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Se os átomos se aproximarem ainda mais, as repulsões entre os núcleos e entre os eletrões fazem a energia subir muito.
Um sistema de átomos ligados tem menos energia (é mais estável) do que os mesmos átomos livres. Por isso:
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para quebrar uma ligação é preciso fornecer energia: processo endotérmico;
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ao formar uma ligação, a energia é libertada para a vizinhança: processo exotérmico.
O professor escreveu no quadro: «A quebra de ligações químicas é um processo endotérmico; a formação de ligações químicas é um processo exotérmico.» a) Classifica, como…
O professor escreveu no quadro: «A quebra de ligações químicas é um processo endotérmico; a formação de ligações químicas é um processo exotérmico.»
- a) Classifica, como endotérmico ou exotérmico, o processo $\text{H}_2\ \text{(g)} \rightarrow 2\ \text{H}\ \text{(g)}$, que corresponde à rutura da ligação H–H.
- b) Classifica o processo $2\ \text{Cl}\ \text{(g)} \rightarrow \text{Cl}_2\ \text{(g)}$.
- c) Justifica as classificações anteriores, explicando, em cada caso, se é preciso fornecer energia ou se a energia é libertada, tendo em conta a estabilidade dos átomos ligados face aos átomos livres.
O que acontece numa reação química
Uma reação química é um rearranjo de átomos. Nos reagentes, algumas ligações quebram-se; com os átomos libertados, formam-se novas ligações nos produtos. Tudo acontece em dois "momentos" que podemos imaginar separadamente:
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Quebra das ligações dos reagentes: absorve energia.
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Formação das ligações dos produtos: liberta energia.
O balanço energético e o sinal de ΔH
O que acontece à energia no total depende de qual das duas parcelas é maior.
| Situação | Energia absorvida (quebra) / kJ mol⁻¹ | Energia libertada (formação) / kJ mol⁻¹ | Reação | $\Delta H$ / kJ mol⁻¹ |
|---|---|---|---|---|
| Libertada > absorvida | menor | maior | exotérmica | $\Delta H < 0$ |
| Absorvida > libertada | maior | menor | endotérmica | $\Delta H > 0$ |
A variação de entalpia, $\Delta H$, mede precisamente esse saldo (a pressão constante, é o calor trocado com a vizinhança). Se o sistema liberta mais energia do que absorve, a sua entalpia diminui: $\Delta H$ é negativo. Se absorve mais do que liberta, a entalpia aumenta e $\Delta H$ é positivo.
Em termos das energias de ligação, $E_{\text{lig}}$ (em $\text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$, fase gasosa):
$$\Delta H = \sum E_{\text{lig}}\ (\text{ligações quebradas}) - \sum E_{\text{lig}}\ (\text{ligações formadas})$$Cuidado com o sinal: a energia das ligações quebradas entra com sinal positivo e a das formadas com sinal negativo.
A reação entre o hidrogénio e o cloro, $\text{H}2\ \text{(g)} + \text{Cl}2\ \text{(g)} \rightarrow 2\ \text{HCl}\ \text{(g)}$, é exotérmica. Analisando-a à escala das…
A reação entre o hidrogénio e o cloro, $\text{H}_2\ \text{(g)} + \text{Cl}_2\ \text{(g)} \rightarrow 2\ \text{HCl}\ \text{(g)}$, é exotérmica. Analisando-a à escala das ligações químicas:
- a) Indica quais as ligações que se quebram nos reagentes e quais as que se formam nos produtos.
- b) Explica, comparando a energia absorvida na quebra das ligações com a energia libertada na formação das novas ligações, por que razão o balanço global da reação é exotérmico.
- c) Relaciona o sinal de $\Delta H$ da reação com esse balanço de energias.
Em resumo
De volta ao início: a energia que aquece a água do esquentador vem do saldo entre as ligações que se quebram e as que se formam, e é maior a que se liberta do que a que se gasta.