Termoquímica, Notas de estudo de Química

Baixe Termoquímica e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ e mo FACULDADE DE QUÍMICA M SC, ANA JULIA SILVEIRA TERMOQUÍMICA Definição: É a ciência que estuda as transformações de calor (Q) associadas a uma reação química ou a mudanças no estado físico de uma substância. COMO MEDIR A ENERGIA (Q) ENVOLVIDA: - Unidade utilizada  caloria (cal), quilocaloria (Kcal), Joule (J) 1 cal = 4,18 J A aparelhagem utilizada para medir o calor desenvolvido por um sistema a volume constante é o CALORÍMETRO. CALOR DE REAÇÃO: é o nome dado a quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química. PROCESSO EXOTÉRMICO E PROCESSO ENDOTÉRMICO Processo exotérmico: ocorre com liberação de calor do sistema reacional para as vizinhanças Exemplo: queima de carvão C(s) + O2(g) CO 2(g) + calor 1H2 (g) + O2 (g)  H2O (l) + 285,8 KJ reagentes produto calor liberado (+Q) Como a maior parte das reações químicas ocorrem em sistemas abertos,isto é, a pressão constante, a grandeza físico- química utilizada para medir a quantidade de Q absorvida ou liberada na reação será a entalpia, H. A variação de entalpia H, é calculada pela equação matemática: H = Hfinal - Hinicial Para uma reação química onde ocorre a transformação de reagentes em produtos, teremos reagente  produto estado inicial estado final H = Hproduto - Hreagente Analisando a igualdade matemática podemos concluir. Quando: H  0 HP  HR reação exotérmica, calor para fora H  0 HP  HR reação endotérmica, calor para dentro. Isto significa que o sinal de H muda quando uma reação é invertida, porque os reagentes se tornam produtos e vice-versa. Exemplo. C(S) + O2(g)  CO2(g) H = -393,5 KJ CO2(g)  C(S) + O2(g) H = +393,5 KJ 1/2H2(g) + 1/2F2(g)  HF(g) + 64,2 kcal Estado físico de reagentes e produtos: gasoso. Calor liberado: 64,2kcal Reação exotérmica: H = -64,2 Kcal 4C(grafita) + S8(rômbico)  4CS2(L) -104,4 kcal Estado alotrópico dos reagentes: Carbono na forma alotrópica mais estável grafita (Cgrafita). Enxofre na forma alotrópica mais estável, enxofre rômbico(Srômbico). Estado físico do produto: líquido Calor absorvido: 104,4 kcal Reação endotérmica: H = +104,4 Kcal Diagrama de Energia 1 - Reação exotérmica Eat Complexo ativado Reag Prod H Sentido da reação H = Hp - HR HP < HR H < 0 Processo exotérmico ESTADO FÍSICO: A variação de entalpia (H) depende do estado físico dos reagentes e produtos. H aumenta Hvapor  Hlíquido  Hsólido Ex: H2 (g) + ½ O2  H2O (s) H -70 Kcal H2 (g) + ½ O2  H2O (l) H -68,3 Kcal H2 (g) + ½ O2  H2O (v) H -57,8 Kcal H2O (s) calor H2O (l) calor H2O (v) ESTADO ALOTRÓPICO: Elemento químico Estado alotrópico Carbono (C) Diamante, grafite Fósforo (P) P4 (branco), Pn (vermelho) Enxofre (S) Smonoclínico, Srômbico Oxigênio (O) O2, O3 A variação de entalpia (H) assume valores diferentes conforme o estado alotrópico dos reagentes e produtos. A forma mais estável apresenta menor entalpia e se atribui a essa forma a entalpia zero. C (grafite) + O2 (g)  CO2 (g) H = -94 Kcal C (diamante) + O2 (g)  CO2 (g) H = -94,5 Kcal Estado padrão de um elemento química é o conjunto das seguintes condições. Estado físico mais estável 25o C e 1 atm. Por convenção, o calor de formação de elemento no estado-padrão, vale zero. Então, a 25o C e 1 atm, temos: HIDROGÊNIO ...............................H2 Hformação = 0 OXIGÊNIO.......................................O2 Hformação = 0 ENXOFRE RÔMBICO.................... S Hformação = 0 CARBONO GRAFITE..................... C Hformação = 0 SÓDIO................................................Na Hformação = 0 FÓSFORO VERMELHO..................P Hformação = 0 CALOR DE FORMAÇÃO OU ENTALPIA DE FORMAÇÃO DA H2O (l) H2 (g) + 1/2 O2 (g)  H2 O (l) H = -68,3 Kcal/mol, 25o C Hf , H2O(l) = -68,3 Kcal / mol, isto significa que na formação de um mol de H2 O (l) a partir de seus elementos ocorre liberação de 68,3 Kcal. Calor de Combustão ou Entalpia de Combustão É a variação de entalpia (H) na combustão completa de 1 mol de substância. Ex: C2 H5 OH + 3O2  2CO2 + 3H2O H = -327,6 Kcal / mol Calor de Solução ou Entalpia de Solução É o calor de desenvolvido na solubilização de 1 mol de substância em uma quantidade de solvente, de tal modo que a adição de mais solvente não provoque efeito térmico apreciável. C2 H5 OH + aq.  C2 H5 OH H = -3350 cal 1 mol água solução diluída aq. significa meio aquoso diluído Calor Neutralização ou Entalpia de Neutralização. É a variação de entalpia (H) que ocorre na reação de 1 equivalente-grama de um ácido com 1 equivalente-grama de uma base, em solução diluída. HCN (aq) + NaOH (aq)  NaCN (aq) + H2 O (l) H = -25 Kcal / mol. São dados os calores de formação (Hf) das seguintes substâncias relacionados abaixo. Com esses dados , calcule o calor liberado quando 1 litro de metano, medido nas CNTP é queimado de acordo com a equação. CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(l) substância calor padrão de formação em KJ/mol CH4(g) -74 CO2(g) -396 H2O(l) - 287 Hcomb = (Hf)produtos - (Hf)reagentes Hcomb =[(Hf)CO2 + 2.( Hf)H2O ] - [(Hf)CH4 + 2 . (Hf)O2 ] =[(-396) + 2.(-287)] - [ (-74)] = 896 KJ/mol CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(l) + 896KJ/mol 22,4 litros de CH4 ------------------ 896 KJ 1 litro ------------------- x x = 40 KJ (calor liberado na combustão de um litro de metano nas TPN) LEI DE HESS O calor de reação ou entalpia de reação H, depende apenas dos estados iniciais e final do processo. Para aplicar a lei de Hess, procure seguir este roteiro: 1- Trabalhe algebricamente com as equações fornecidas de tal modo que somadas, resultem na equação desejada. 2- Tudo que acontecer algebricamente com a equação termoquímica acontece com o H. 3- O H da equação desejada será a soma algébrica dos ΔH das etapas. Calcular o H do processo: 2Cgrafite + 3H2 (g) + ½O2 (g)  C2H5OH (l). Sabendo-se que: a) Cgrafite + O2 (g)  CO2 (g) H = -94,0 Kcal b) H2 (g) + ½ O2 (g)  H2O (g) H = -57,8 Kcal c) C2H5OH (l) + 3O2 (g)  2CO2 (g) + 3H2O (g) H = -327,6 Kcal Multiplicar a equação 1 por dois, pois na equação global temos 2 de Cgrafite 2 Cgrafite + 2 O2 (g)  2 CO2 (g) H = 2 X -94,0 Kcal Multipplicar a equação 3 por três, pois na equação global temos 3 de H2 (g) 3 H2 (g) + 3/2 O2 (g)  3 H2O (g) H = 3 X -57,8 Kcal Inverta a equação 3, pois o etanol encontra-se no segundo membro da equação global. 2 CO2 (g) + 3H2O (g)  C2H5OH (l) + 3 O2 (g) H = +327,6 Kcal