Reações endotérmicas e exotérmicas: o que são e suas diferenças

As transformações endotérmicas e exotérmicas estão relacionadas com a liberação e a absorção de energia, na forma de calor, durante as reações químicas.

As reações químicas liberam ou absorvem energia do ambiente para que seus componentes possam interagir e formar novos compostos. Elas podem ser reações endotérmicas ou exotérmicas.

Mas cada substância possui uma certa quantidade de energia (calor) em seu interior para manter os átomos ligados, que poderá ser modificada toda vez que esta substância sofrer qualquer transformação.

O estudo dessas trocas de energia na forma de calor entre uma reação química e o meio em que esta reação ocorre é denominado de Termoquímica.

As reações químicas são classificadas de acordo com a troca de calor em reações endotérmicas e reações exotérmicas.

Reações endotérmicas

As reações endotérmicas absorvem calor do ambiente, sendo que esse calor é incorporado para que a reação química possa acontecer. O equilíbrio da reação é deslocado para a formação dos produtos, apresentando um balanço energético positivo.

Como podemos identificar se a reação química é endotérmica?

Devemos observar o valor do ∆H, sendo > 0, será uma reação endotérmica. Outra maneira de sabermos é verificando se o calor está presente nos reagentes.

Vamos exemplificar estas explicações:

A   +   B   →    C   +   D        ∆H = 9 Kj (podemos verificar aqui, que o valor do ∆H é maior do que zero, então teremos uma reação endotérmica).

A   +   B   +   9 Kj   →    C   +   D (podemos verificar aqui que o valor do ∆H está localizado antes da seta, ou seja, o calor está presente nos reagentes de uma reação química. Isso caracteriza uma reação endotérmica).

Processos endotérmicos

Podemos citar como processos endotérmicos: a fotossíntese, onde a planta absorve energia fornecida pela luz solar; o gelo derretendo; a roupa secando no varal, etc.

Reações exotérmicas

Já as reações exotérmicas liberam calor para o ambiente, pois a energia presente nos reagentes é maior que a energia dos produtos. Logo ocorre uma sobra de energia na reação, que será liberada na forma de calor.

Como podemos identificar se a reação química é exotérmica?

Devemos observar o valor do ∆H, sendo < 0, será uma reação exotérmica. Outra maneira de sabermos, é verificando se o calor está localizado nos produtos de uma reação química.

Vamos exemplificar estas explicações:

A   +   B    →   C    +     D        ∆H = – 900 Kj (podemos verificar aqui, que o valor do  ∆H é negativo, então teremos uma reação exotérmica).

A   +    B     →   C   +    D    + 900 KJ (podemos verificar aqui que o valor do ∆H, ou seja, o calor da reação, está localizado nos produtos, o que caracteriza uma reação exotérmica).

Processos exotérmicos

Podemos citar como processos exotérmicos os processos de combustão; queima do gás propano; condensação da água, etc.

Devemos saber que há a combustão completa e a combustão incompleta. O que as diferencia é o produto formado.

Na combustão completa temos a seguinte reação:

X   +   O2   →   CO2    +   H2O

Na combustão incompleta temos a seguinte reação:

X   +   O2  →    CO   +   H2O

Entalpia

Na Química, o calor envolvido nas reações químicas é a entalpia, sendo representado pela letra H. Sua unidade será em Joule (J) ou caloria (cal).

Não é possível calcular o valor da entalpia, então devemos calcular a sua variação, que é representada pelo símbolo ∆H. Este equivale a: variação final – variação inicial, para o cálculo da quantidade de calor absorvido ou liberado pela reação.

A energia das reações químicas é medida através da entalpia (H). A variação da entalpia representa o calor absorvido ou liberado nas reações químicas a uma certa pressão constante.

Vimos que a variação da entalpia é: final – inicial, assim, podemos escrever que em uma reação química, a variação de entalpia é representada por:

 ∆H = Hf – Hi ( Hf =entalpia final e Hi = entalpia inicial)

∆H = Hp – Hr (Hp = entalpia dos produtos e Hr= entalpia dos reagentes).

As unidades de entalpia podem ser: Joule (J), kj = 1000 J, cal, kcal = 1000 cal.

Sendo que: 1 cal = 4,18J

Reações endotérmicas e exotérmicas: gráficos

As reações endotérmicas e exotérmicas podem ser representadas por meio de gráficos, que relacionam o valor da entalpia com o caminho da reação:

gráfico de reações endotérmicas e exotérmicas
Imagem 1: Esquema de dois gráficos representando a entalpia em reações exotérmicas e endotérmicas. Fonte: infoescola.com.br

Pelos gráficos acima, podemos verificar que quando a entalpia dos reagentes for maior do que a entalpia dos produtos, haverá uma sobra de energia na reação. Essa energia será liberada na forma de calor, caracterizando uma reação exotérmica.

Em contrapartida, quando a energia dos reagentes for menor do que a energia dos produtos, ocorre absorção de energia para que a reação ocorra, caracterizando uma reação endotérmica.

Mas como calcular o ∆H das substâncias?

O valor do ∆H representa a somatória das entalpias dos produtos – a somatória das entalpias dos reagentes.

Uma observação importante: a entalpia de toda substância simples e mais estável é igual a zero.

As substâncias simples são formadas pelo mesmo elemento químico, e as mais estáveis representam as que ocorrem em maior quantidade. Além disso, elas também são mais fáceis de serem formadas. Por exemplo temos o gás oxigênio (O2) e o ozônio (O3). A entalpia do O2 é igual a zero, e a do O3 não é zero.

Exercício resolvido

Dada a seguinte reação química, com suas entalpias de formação:

C2H6  = − 23 Kcal/mol

 H2O = − 68,3 kcal/mol

CO2 = − 94 kcal/mol

2 C2H6   +   7 O2   →    4   CO2   +   6 H2O

Temos antes da seta os reagentes, e após a seta, os produtos.

Para cálculo do ∆H, usamos a seguinte fórmula:

∆H = Hprodutos –    Hreagentes

∆H = [4 x (−94) + 6 x (−68,3) ] − [ 2 x (−23)   +   0]

Observação: devemos multiplicar cada substância pelo seu número de mols correspondente. E que o gás oxigênio é uma substância simples, então sua entalpia equivale a zero.

∆H = [−376 − 409,8] − [−46]

∆H = − 785,8  +  46 =  −739,8 kcal/mol

Temos neste exemplo uma reação exotérmica.

Exercício resolvido

Vamos calcular agora o ∆H do calor de formação do magnésio metálico:

Mg(s)  +  2 H2O (l)   →   Mg(OH)2\(g)  +  H2(g)

Dados: ∆H H2O = − 285 kj/mol

∆H Mg (OH)2  = − 920 kj/mol

Para cálculo do ∆H usamos a fórmula:

∆H = Hp  −  Hr

∆H = [Mg (OH)2  +  H2]  −  [Mg  +  2 x H2O]

Logo ∆H = [ -920 + 0]  −  [ 0  + 2 x (−285) ]

Portanto ∆H = − 920 − (−570) =  – 920  +  570  = − 350 kj/mol.

As reações químicas são rearranjos de átomos, onde as quebras das ligações químicas das substâncias irão originar novas ligações, e consequentemente, novas moléculas.

Em uma reação química, para que uma ligação seja rompida é preciso fornecer energia à reação, e para formar uma nova ligação, deve-se liberar energia.

Energia de ativação

A energia necessária para que uma reação ocorra é denominada de energia de ativação. Essa energia propicia o choque entre as moléculas dos reagentes, quebrando suas ligações e formando os produtos da reação. Ela começa onde estão os reagentes e vai até o complexo ativado.

energia de ativação
Imagem 2: Gráfico demonstrando a energia de ativação de uma reação química. mundoeducacao.uol.com.br

O ponto mais alto do gráfico representa o complexo ativado, que é um estado intermediário entre os reagentes e os produtos. Ele compreende o ponto em que os reagentes começam a receber energia, até o momento final, que é o ponto mais alto.

Energia de ativação nas reações endotérmicas

Significa dizer que, quanto maior for a energia de ativação, mais lenta será a reação química. A energia de ativação pode variar conforme o tipo de reação química.

energia de ativacao reações endotérmicas
Imagem 3: Gráfico demonstrando a energia de ativação de uma reação endotérmica. Fonte: soq.com.br

Conforme o gráfico acima, envolvendo a entalpia e o caminho da reação, podemos verificar que a reação absorve energia, pois os produtos apresentam mais energia que os reagentes.

Energia de ativação nas reações exotérmicas

Agora vamos observar um gráfico de energia de ativação dentro de uma reação exotérmica.

energia de ativação reação exotérmica
Imagem 4: Gráfico demonstrando a energia de ativação de uma reação enxotérmica. Fonte: soq.com.br

Conforme o gráfico acima, envolvendo a entalpia e o caminho da reação, podemos verificar que os produtos apresentam menos energia que os reagentes, ocorrendo liberação de energia para que a reação ocorra.

Exercício para entender os conceitos estudados

1) (Uespi-PI-2012) – Observe o gráfico abaixo:

gráfico exercício reações endotérmicas

  1. O gráfico corresponde a um processo endotérmico.
  2. A entalpia da reação é igual a + 226 kcal.
  3. A energia de ativação da reação é igual a 560 kcal.

Está (ão) correta(s):

a) 1 apenas

b) 2 apenas

c) 2 e 3 apenas

d) 1 e 3 apenas

e) 1, 2 e 3

Resolução:

o processo é endotérmico, pois os produtos apresentam mais energia que os reagentes. Para o cálculo da variação da entalpia temos: ∆H = Hf  –  Hi

∆H =   226 – 0

∆H =   226

Agora para o cálculo da energia de ativação, devemos efetuar a subtração do ponto mais alto, pelo mais baixo da reação:  560 – 0   = 560

Gabarito: E

Por fim, veja o vídeo para aumentar os seus conhecimentos nas reações endotérmicas e exotérmicas.

Exercícios
1) (MACK SP-2010) –

Fe2O3 (s) + 3C(s) → 2Fe(s) + 3CO(g)

ΔH = + 491,5 KJ

Da transformação do óxido de ferro III em ferro metálico, segundo a equação acima, pode-se afirmar que:

a) é uma reação endotérmica.

b) é uma reação exotérmica.

c) é necessário 1 mol de carbono para cada mol de FeO3 (s) transformado.

d) a energia absorvida na transformação de 2 mols de FeO3 (s) é igual a 491,5 KJ.

Gabarito: A

2) (UFRRJ-2013)

Desde a pré-história, quando aprendeu a manipular o fogo para cozinhar seus alimentos e se aquecer, o homem vem percebendo sua dependência cada vez maior das várias formas de energia. A energia é importante para uso industrial e doméstico, nos transportes, etc.

Existem reações químicas que ocorrem com liberação ou absorção de energia, sob a forma de calor, denominadas, respectivamente, como exotérmicas e endotérmicas. Observe o gráfico a seguir e assinale a alternativa correta:

gráfico reação endotermica ou exotermica

a) O gráfico representa uma reação endotérmica.

b) O gráfico representa uma reação exotérmica.

c) A entalpia dos reagentes é igual à dos produtos.

d) A entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes.

e) A variação de entalpia é maior que zero.

Gabarito: B

3) (UFSM-RS-2012)

Considere o seguinte gráfico:

gráfico ufsm

De acordo com o gráfico acima, indique a opção que completa, respectivamente, as lacunas da frase a seguir:

A variação da entalpia,>ΔH, 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

Gabarito: D

4) (VUNESP 2005)

Considere a equação a seguir: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) ΔH = –572 kJ. É correto afirmar que a reação é:

a) exotérmica, liberando 286 kJ por mol de oxigênio consumido.

b) exotérmica, liberando 572 kJ para dois mols de água produzida.

c) endotérmica, consumindo 572 kJ para dois mols de água produzida.

d) endotérmica, liberando 572 kJ para dois mols de oxigênio consumido.

e) endotérmica, consumindo 286 kJ por mol de água produzida.

Gabarito: B

5) (PUC-MG-2010)

Sendo o ΔH de formação do óxido de cobre II igual a –37,6 kcal/mol e o ΔH deformação do óxido de cobre I igual a –40,4 kcal/mol, o ΔH da reação:

Cu2O(s) + 1/2 O2(g) → 2 CuO(s) será:

a) –34,8 kcal.

b) –115,6 kcal

c) –5,6 kcal.

d) + 115,6 kcal

e) + 34,8 kcal

Gabarito: A

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.