Termoquímica - Entalpia

Termoquímica é a parte da Química que trata das trocas de calor que acompanham as reações. As reações químicas podem ser:

Exotérmicas: quando a reação ocorre com liberação de calor (de exo: para fora).

calor sai

reação química exotérmica

Endotérmicas: quando a reação ocorre com absorção de calor (de endo: para dentro).

calor entra

reação química endotérmica

Toda substância possui uma quantidade de energia armazenada nas suas ligações. Quando a energia contida nos reagentes é maior que a  contida nos produtos, temos uma reação exotérmica pois ocorre liberação de energia. Quando a energia contida nos reagentes é menor que a contida nos produtos, temos uma reação endotérmica pois ocorre absorção de energia. Essa energia contida nas substâncias recebe o nome de entalpia (H). A variação de entalpia para uma dada reação química é dada por

ΔH = HP - HR

onde

H_P é a soma das entalpias dos produtos,

H_R é a soma das entalpias dos reagentes.

Quando a reação se realiza a pressão constante o ΔH é chamado de calor de reação. Em Termoquímica é usual se expressar as variações de energia nas reações através de quilocalorias (Kcal). A quilocaloria é mil vezes o valor de uma caloria. Uma caloria corresponde a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5ºC para 15,5ºC a temperatura de 1g de água. Outra unidade usual em Termoquímica é o Joule (J). Uma caloria equivale a 4,18 J.

Nas reações exotérmicas, ΔH_R > ΔH_P e por isso ΔH é negativo (ΔH_P - ΔH_R = -).

Nas reações endotérmicas, ΔH_R < ΔH_P e por isso ΔH é positivo (ΔH_P - ΔH_R = +).

Como o valor do ΔH varia com a pressão, temperatura, variedade alotrópica e estado físico, estes devem vir especificados na equação termoquímica.

H_2(g)   +   ½ O_2(g)   —>   H₂O_(l)        ΔH= -68,3 Kcal/mol, 25ºC, 1 atm

Quando uma reação termoquíca não informar os valores de temperatura e pressão, subentende-se que a mesma se realize a 25ºC (ou 298 K)  , 1 atm e forma alotrópica e estado físico mais usuais do elemento ou composto. Esta condição é definida como padrão em Termoquímica.

Para uma mesma substância:

H sólido   <   H líquido   <   H vapor

Pois devemos adicionar energia ao sistema para que as moléculas ou agregados iônicos possam ter alguma liberdade e passar do estado sólido para o líquido. Da mesma forma devemos adicionar energia ao sistema para que as moléculas ou agregados iônicos possam se afastar ainda mais umas das outras, indo do estado líquido para o gasoso.

A forma alotrópica mais estável de uma substância é aquela que apresenta menor energia e a esta é atribuído valor de entalpia igual a zero (H = 0). É costumeiro se indicar entalpia em condição padrão por ΔH⁰. Assim, para as formas alotrópicas do elemento químico carbono, temos...

grafite: H⁰ = zero (pois é a forma mais estável)

diamante: ΔH⁰ > zero (pois possui mais energia que a forma grafite) 

Entalpia ou calor padrão de formação de uma substância (ΔH⁰_f)

É a variação de entalpia ou quantidade de calor absorvido ou liberado na formação de um mol de uma determinada substância, a partir das substâncias simples correspondentes, todas elas no estado padrão.

 A equação abaixo representa a  formação do CO₂ a partir de suas substâncias simples mais estáveis. Como a reação se desenvolve sob as condições padrão, este calor pode ser chamado de calor padrão de formação do CO₂.

Cgrafite + O2(g)     —>   CO2(g)     ΔH = -94,1 Kcal/mol

As equações abaixo representam  formação do CO₂ . A primeira a partir do carbono sob a forma de diamante, que não é a forma mais estável do carbono. A segunda mostra a formação do CO₂ utilizando o CO como ponto de partida. Os calores desenvolvidos durante estas reações não podem ser chamados de calor padrão de reação de formação do CO₂.

Cdiamante + O2(g)     —>   CO2(g)     ΔH = -94,5 Kcal/mol CO(g) + ½O2(g)     —>   CO2(g)     ΔH = -67,7 Kcal/mol

Entalpia ou calor de combustão de uma substância

É a variação de entalpia ou quantidade de calor liberado durante a combustão total de 1 mol da substância, com todas as substâncias no estado padrão.

No caso de substâncias orgânicas, considera-se combustão total sempre que os únicos produtos sejam CO₂ e H₂O. As reações de combustão são exotérmicas e seus valores deΔH são sempre negativos. Para o etano temos ...

C2H6(g)   +   7/2 O2(g)   —>   2 CO2(g)   +   3 H2O(l)        ΔH = -373 Kcal/mol

Entalpia de solução de uma substância

É a variação de entalpia que acontece durante a dissolução de um mol de uma dada substância numa determinada quantidade de solvente, originando uma concentração específica, geralmente diluição infinita.

Fonte: http://luizclaudionovaes.sites.uol.com.br/termo.htm