O que é termoquímica

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Veja Entalpia e Energia de Ligação para gabaritar nas questões de Termoquímica nas provas do Enem. Confira no resumo com aulas gratuitas:

Nas reações químicas ocorrem tanto a ruptura como a formação de ligações intramoleculares, ou seja, das ligações químicas. As reações em que ocorre a liberação de energia são chamadas de exotérmicas, e as que ocorrem absorção de energia, são chamadas endotérmicas.

O que é termoquímica

Termoquímica é a parte da química que estuda as quantidades de calor liberados ou absorvidos, durante uma reação química.

Para determinarmos se um processo é exotérmico ou endotérmico, devemos considerar a energia absorvida para a ruptura das ligações dos reagentes e a energia liberada para a formação das ligações dos produtos. O saldo energético entre elas indica se o processo libera ou absorve energia.

Entalpia de reação

Entalpia é a energia absorvida ou liberada numa reação quando reagentes e produtos são comparados sob mesma pressão. É representada pelo símbolo ∆H.

Termoquímica - gráficos
Diagrama a) mostra uma reação exotérmica, onde há liberação de energia b) representa uma reação endotérmica, onde há absorção de energia

A expressão ∆H >0 significa que a entalpia (H) dos produtos é maior do que a dos reagentes e pode ser generalizada por:

ΔHreação = ΔHproduto – Hreagente

Assim, ∆H > 0, indica processos endotérmicos e ∆H < 0, processos exotérmicos.

Fatores que afetam a entalpia

  1. Quantidade em mol de produtos e reagentes;
  2. Estado físico de produtos ou reagentes;
  3. Estado alotrópico de produtos ou reagentes. (alótropos = substância simples diferentes, formadas pelo mesmo elemento químico);
  4. Temperatura. Altas temperaturas fornecem reações endotérmicas e vice-versa.

Tipos de entalpia

Entalpia de formação 

Corresponde a variação da entalpia no processo de formação de uma substância composta a partir de seus elementos constituintes (substâncias simples), considerando-se que todas as espécies estão na sua forma mais estável (estado-padrão na temperatura de trabalho). Assim, o calor de formação da água,é a energia liberada na seguinte reação:

H2(g) = 1/2O2(g) → H2O(g); ΔHf < 0

Como determinamos a entalpia de formação de uma substância a partir de equação termoquímica?

Quando não se tem a entalpia de formação tabelada para determinada substância, pode-se determiná-la utilizando-se uma equação termoquímica que contenha a substância e outras cujos valores de (ΔHf ) sejam conhecidos.

Vamos ver um exemplo:

Considere a decomposição do CaCO3 principal componente da casca do ovo:

Termoquímica - decomposição

A Entalpia de formação do CaCO3(s) pode ser calculada, considerando-se as entalpias de formação do CaO(s) e CO2(g) as quais são tabeladas. Resolvendo o problema a partir das entalpias de formação, temos:

ΔH = ΔHproduto – Hreagente

ΔH = (HCaO + HCO2) – ΔHfAcCO3 + 177,5 = [ -635,5 +

Reveja também outro assunto muito importante para a prova do Enem e dos vestibulares que é Reações de oxidação.

Entalpia de combustão

É a entalpia associada às reações de combustão:

Combustível + n O2(g) → produtos da combustão; ∆H < 0

Quando a combustão é completa, ou seja, quando os produtos da reação são somente CO2 e H2O nas condições-padrão, ela também é denominada calor de combustão ou entalpia-padrão de combustão. A queima completa do acetileno e sua respectiva entalpia-padrão de combustão estão representados a seguir:

CH2(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(I); ∆H = -103 kJ/mol de C2H4(g)

Fique atento! Como as reações de combustão são SEMPRE exotérmicas, obrigatoriamente ∆H < 0.

Energia de ligação

Através da energia de ligação podemos obter o valor de ∆H quando não se dispomos de valores experimentais.

Energia de ligação é a quantidade de energia necessária para romper 1 mol de ligações. Essa mesma energia é liberada na formação de um mol de ligações.

Entendeu? Vamos esclarecer…

Quando ocorre uma reação química, há ruptura das ligações dos reagentes e formação de ligações para resultar em produtos. O saldo energético entre a energia absorvida na ruptura das ligações e a energia liberada na formação das ligações determina o ∆H da reação.

Exemplo

Vamos estimar a energia envolvida na combustão de 1 mol de hidrogênio, considerando a seguinte equação:

H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g)

Consultando uma tabela que apresenta as energias de ligação, é possível calcular o saldo de energia, como podemos ver abaixo:

Como resultado, podemos escrever a equação termoquímica da combustão do hidrogênio:

H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g)

∆H = -242,4 kJ/mol de H2(g)

Videoaula

Revise como calcular a entalpia com a videoaula de Química do nosso canal!

Exercícios sobre termoquímica

  1. (UNICAMP SP/2018)

    Mesmo em manhãs bem quentes, é comum ver um cão tomando sol. O pelo do animal esquenta e sua língua do lado de fora sugere que ele está cansado. O pelo do animal está muito quente, mas mesmo assim o cão permanece ao sol, garantindo a produção de vitamina D3. Durante essa exposição ao sol, ocorrem transferências de energia entre o cão e o ambiente, por processos indicados por números na figura abaixo.

    (Adaptado de KHAN ACADEMY, Endotherms and ectotherms. Disponível em http://www.khanacademy.org. Acessado em 26/07/17.)

    Em ordem crescente, os números correspondem, respectivamente, aos processos de

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  2. (Fac. Israelita de C. da Saúde Albert Einstein SP/2018)

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  3. (UFRGS RS/2017)

    Considere as seguintes afirmações sobre termoquímica.

    I. A vaporização do etanol é um processo exotérmico.
    II. Os produtos de uma reação de combustão têm entalpia inferior aos reagentes.
    III. A reação química da cal viva (óxido de cálcio) com a água é um processo em que ocorre absorção de calor.

    Quais estão corretas?

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  4. (FUVEST SP/2018)

    A energia liberada na combustão do etanol de cana-de-açúcar pode ser considerada advinda da energia solar, uma vez que a primeira etapa para a produção do etanol é a fotossíntese. As transformações envolvidas na produção e no uso do etanol combustível são representadas pelas seguintes equações químicas:

    Com base nessas informações, podemos afirmar que o valor de  para a reação de fotossíntese é

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  5. (UEL PR/2016)

    A vida em grandes metrópoles apresenta atributos que consideramos sinônimos de progresso, como facilidades de acesso aos bens de consumo, oportunidades de trabalho, lazer, serviços, educação, saúde etc. Por outro lado, em algumas delas, devido à grandiosidade dessas cidades e aos milhões de cidadãos que ali moram, existem muito mais problemas do que benefícios. Seus habitantes sabem como são complicados o trânsito, a segurança pública, a poluição, os problemas ambientais, a habitação etc. Sem dúvida, são desafios que exigem muito esforço não só dos governantes, mas também de todas as pessoas que vivem nesses lugares. Essas cidades convivem ao mesmo tempo com a ordem e o caos, com a pobreza e a riqueza, com a beleza e a feiura. A tendência das coisas de se desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza. Para que ocorra a organização, é necessária alguma ação que restabeleça a ordem. É o que acontece nas grandes cidades: despoluir um rio, melhorar a condição de vida dos seus habitantes e diminuir a violência, por exemplo, são tarefas que exigem muito trabalho e não acontecem espontaneamente. Se não houver qualquer ação nesse sentido, a tendência é que prevaleça a desorganização. Em nosso cotidiano, percebemos que é mais fácil deixarmos as coisas desorganizadas do que em ordem. A ordem tem seu preço. Portanto, percebemos que há um embate constante na manutenção da vida e do universo contra a desordem. A luta contra a desorganização é travada a cada momento por nós. Por exemplo, desde o momento da nossa concepção, a partir da fecundação do óvulo pelo espermatozoide, nosso organismo vai se desenvolvendo e ficando mais complexo. Partimos de uma única célula e chegamos à fase adulta com trilhões delas, especializadas para determinadas funções. Entretanto, com o passar dos anos, envelhecemos e nosso corpo não consegue mais funcionar adequadamente, ocorre uma falha fatal e morremos. O que se observa na natureza é que a manutenção da ordem é fruto da ação das forças fundamentais, que, ao interagirem com a matéria, permitem que esta se organize. Desde a formação do nosso planeta, há cerca de 5 bilhões de anos, a vida somente conseguiu se desenvolver às custas de transformar a energia recebida pelo Sol em uma forma útil, ou seja, capaz de manter a organização. Para tal, pagamos um preço alto: grande parte dessa energia é perdida, principalmente na forma de calor. Dessa forma, para que existamos, pagamos o preço de aumentar a desorganização do nosso planeta. Quando o Sol não puder mais fornecer essa energia, dentro de mais 5 bilhões de anos, não existirá mais vida na Terra. Com certeza a espécie humana já terá sido extinta muito antes disso.

    (Adaptado de: OLIVEIRA, A. O Caos e a Ordem. Ciência Hoje. Disponível em:
    <http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/fisica-sem-misterio/o-caos-e-a-ordem&gt;.
    Acesso em: 10 abr. 2015.)

     

    Com base no texto e nos conhecimentos sobre termoquímica, assinale a alternativa correta.

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  6. (UERJ/2018)

    Para explicar o princípio das trocas de calor, um professor realiza uma experiência, misturando em um recipiente térmico 300 g de água a 80 ºC com 200 g de água a 10 ºC.

     

    Desprezadas as perdas de calor para o recipiente e para o meio externo, a temperatura de equilíbrio térmico da mistura, em ºC, é igual a:

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  7. (UNIFOR CE/2014)

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  8. (UDESC SC/2016)

    A Termoquímica estuda a energia e o calor associados a reações químicas e/ou transformações físicas de substâncias ou misturas. Com relação a conceitos, usados nessa área da química, assinale a alternativa incorreta.

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  9. (PUC SP/2018)

    Dados os valores de energia de ligação em kJ/mol e a reação a seguir, calcule o ΔH desse processo.

     

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  10. (UERJ/2018)

    A capacidade poluidora de um hidrocarboneto usado como combustível é determinada pela razão entre a energia liberada e a quantidade de CO2 formada em sua combustão completa. Quanto maior a razão, menor a capacidade poluidora. A tabela abaixo apresenta a entalpia-padrão de combustão de quatro hidrocarbonetos.

    A partir da tabela, o hidrocarboneto com a menor capacidade poluidora é:

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Sobre o(a) autor(a):

Munique é formada em química pela UFSC, tem mestrado e doutorado em Engenharia Química, também pela UFSC.

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