A Termoquímica é uma área fundamental da Química que estuda as trocas de energia que ocorrem durante as reações químicas. Essa área é essencial para entendermos a natureza das reações químicas, suas propriedades termodinâmicas e sua aplicação prática em diversos processos industriais.
Neste artigo, vamos explorar mais sobre o que é a Termoquímica, sua importância e alguns exemplos práticos de como ela é aplicada no estudo das reações químicas.
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O que é a termoquímica?
Termoquímica é o ramo da química que estuda o calor envolvido em várias reações. O calor é uma forma de energia. A Termoquímica se concentra na quantificação da quantidade de energia envolvida em uma reação química. Durante a reação, a energia pode ser absorvida (endotérmica) ou pode ser liberada (exotérmica). Ou seja, sempre há uma troca de energia.
Reações Endotérmicas e Exotérmicas
Uma reação endotérmica é aquela que absorve energia para ocorrer. O calor (energia) é representado como reagente.
CaCO3(s)
+ 188 kJ → CaO(s) + CO2(g)
Já uma reação exotérmica é aquela que libera energia durante
a reação. O calor (energia) é representado como produto.
CH4(g) + 2
O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) + 890 kJ
Importante: A unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J). 1 cal. = 4,184 joules
Entalpia
A entalpia é uma medida da quantidade de energia liberada ou absorvida em uma reação, que pode ser transferida na forma de calor. Ela é representada pela letra H, entretanto sua variação é representada por ∆H.
A variação de entalpia (∆H) é a medida da quantidade de calor liberado ou absorvido em uma transformação física ou química, a pressão constante.
O valor de H não pode ser calculado, mas conseguimos medir a variação da entalpia ∆H de um processo. Utilizando a seguinte fórmula:
∆H = Hp – Hr ou ∆H = Hprodutos – Hreagentes
Onde:
∆H – Variação de entalpia;
Hp – Entalpia dos produtos;
Hr – Entalpia dos reagentes.
Em reações endotérmicas:
A + calor → B
Hproduto > Hreagentes
∆H = Hprodutos - Hreagentes
∆H > 0 (positivo)
Em reações exotérmicas:
A → B + calor
Hproduto < Hreagentes
∆H = Hprodutos - Hreagentes
∆H< 0 (negativo)
Entalpia Padrão (H°)
A entalpia padrão de uma substância corresponde ao seu estado físico e alotrópico mais estável nas condições ambientes (25 °C e 1 atm). Vale ressaltar, que toda substância simples no estado padrão possui entalpia igual a zero (H°=0). Ex: H2(g), O2(g), Hg(l), Fe(s) e C(grafite).
Em qualquer outra condição do seu estado padrão, substâncias poderá ter entalpia diferente de zero (H°≠0). Exemplo:
C(diamante) → H° ≠ 0 e O3(g) → H° ≠ 0.
Tipos de Entalpia
Entalpia de formação:
Entalpia de formação é uma medida da energia necessária para formar um mol de uma substância a partir de seus elementos constituintes. Em outras palavras, é o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples, no estado padrão.
Problema: Calcule o valor de entalpia de formação do gás carbônico (CO2) a partir da variação de entalpia da reação:
C(grafite) + O2(g) -> CO2(g) ΔHf = -393.5 kJ/mol ou 940,4 Kcal/mol
ΔHf = Hprodutos – Hreagentes
ΔHf = [CO2(g)] - [C(grafite) + O2(g)]
-393 kJ = [CO2(g)] - [C(grafite) + O2(g)]
-393 kJ = [CO2(g)] - [0 kJ/mol + 0 kJ/mol]
-393 kJ = [CO2(g)] - 0
-393 kJ = [CO2(g)]
HfCO2 = -393 kJ/mol
Entalpia de combustão:
A entalpia de combustão é a quantidade de energia liberada na forma de calor quando 1 mol de uma substância é queimada completamente no estado padrão.Essa reação ocorre entre um combustível e um comburente, o combustível é uma substância que é utilizada como fonte de energia, exemplo: a gasolina, etanol, biodiesel, biogás e o hidrogênio. O principal comburente é, em geral, ar ou oxigênio.
Abaixo a reação e o valor da variação da entalpia para a reação de combustão do etanol:
C2H5OH(l) + 3 O2(g)
→ 2 CO2(g)
+ 3 H2O(l) ΔHcomb. = -1368 kJ/mol ou -326 Kcal/mol
O valor -326 Kcal/mol é referente à combustão de 1 mol de etanol C2H5OH(l) em condições ambientes de 25°C e pressão de 1 atm.
Entalpia de ligação
A entalpia de ligação (ΔHl) ou energia de ligação representa a quantidade de energia liberada ou absorvida durante a formação de uma ligação covalente (simples, dupla ou tripla) entre dois átomos. No estado gasoso, entre átomos a 25°C e 1 atm.O rompimento das ligações acontece nos reagentes ocorrendo um processo endotérmico, a energia será absorvida. (ΔHl > 0).
Já a formação de novas ligações ocorre nos produtos tendo um processo exotérmico, com a liberação de negativa (ΔHl < 0).
A equação para o cálculo da energia de ligação é:
ΔHl = [ΣΔHproduto]
- [ΣΔHreagente]
Onde:
ΔHl = variação da entalpia;
ΣΔHreagente = soma das energias necessárias para romper cada ligação no reagente;
ΣΔHproduto = soma das energias necessárias para formar cada ligação no produto.
Na tabela abaixo estão os valores das energias de ligação:
