Entalpia de reação: definição, termoquímica, exercícios - Ciência - 2023

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o entalpia de reação é uma função termodinâmica que permite calcular o calor ganho ou fornecido em uma reação química, desde que essa reação tenha ocorrido a pressão constante. É definida como a energia interna U mais o produto da pressão P e o volume V das substâncias que participam de uma reação química, conforme segue: H = U + P ∙ V

Portanto, a entalpia tem dimensões de energia e, no Sistema Internacional de medidas, é medida em Joules. Para entender a relação da entalpia com o calor trocado em uma reação química, é necessário lembrar a primeira lei da termodinâmica, que afirma o seguinte: Q = ΔU + W

A primeira lei estabelece que a troca de calor em um processo termodinâmico é igual à variação da energia interna das substâncias envolvidas no processo mais o trabalho realizado por essas substâncias no processo.

Em qualquer processo, o trabalho W é calculado pela seguinte relação:

Na expressão acima, Vi é o volume inicial, Vf o volume final e P a pressão. Se o processo for realizado a pressão P constante, o trabalho resultante será:

Onde ΔV é a mudança de volume.

Definição

As reações químicas são processos termodinâmicos que geralmente ocorrem a pressão constante e muito frequentemente à pressão atmosférica. Esse tipo de processo termodinâmico é denominado "isobárico", pois ocorre a pressão constante.

Neste caso, a primeira lei da termodinâmica pode ser escrita assim:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Onde Qp indica que o calor foi trocado a pressão constante. Se na expressão anterior introduzimos a definição de entalpia H = U + P ∙ V obtemos então:

Qp = ΔH

Conseqüentemente, uma mudança de entalpia positiva indica uma reação que retirou calor do ambiente. Esta é uma reação endotérmica.

Pelo contrário, se a mudança de entalpia for negativa, então é uma reação exotérmica.

Na verdade, a palavra entalpia vem da palavra grega enthalpien, cujo significado é "aquecer".

A entalpia também é freqüentemente chamada de calor. Mas deve ficar claro que não é o mesmo que calor, mas é a troca de calor durante o processo termodinâmico que altera a entalpia.

Relação com calor

Ao contrário do calor, a entalpia é uma função do estado. Quando a mudança de entalpia é calculada, estamos calculando a diferença de duas funções que dependem exclusivamente do estado do sistema, como energia interna e volume.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Uma vez que a pressão permanece constante na reação, a entalpia de reação é uma função de estado que depende apenas da energia interna e do volume.

Em uma reação química, a entalpia dos reagentes pode ser definida como a soma de cada um deles; e a dos produtos como a soma da entalpia de todos os produtos.

A mudança de entalpia em uma reação é a diferença dos produtos menos a dos reagentes:

Em uma reação endotérmica, a entalpia dos produtos é maior do que a dos reagentes; ou seja, a reação retira calor do ambiente. Ao contrário, em uma reação exotérmica a entalpia dos reagentes é maior do que a dos produtos, pois a reação cede calor ao meio ambiente.

Entalpia padrão

Uma vez que a mudança de entalpia em uma reação química pode depender da pressão e da temperatura, é comum definir as condições de reação padrão:

Temperatura de reação padrão: 25 ° C.

Pressão de reação padrão: 1 atm = 1 bar.

A entalpia padrão é denotada assim: H °

Termoquímica

Em uma equação termoquímica, não apenas os reagentes e os produtos importam, a mudança de entalpia também importa. Entalpia é entendida como a reação à mudança ocorrida durante ela.

Como exemplo, vejamos as seguintes reações:

2 H2 (gás) + O2 (gás) → 2 H2O (líquido); ΔH ° = -571,6 kJ (exotérmico).

H2 (gás) + (½) O2 (gás) → H2O (líquido); ΔH ° = -285,8 kJ (exotérmico).

2 H2O (líquido) → 2 H2 (gás) + O2 (gás); ΔH ° = +571,6 kJ (endotérmico).

A entalpia é uma extensa quantidade termodinâmica

Se os termos de uma equação química são multiplicados ou divididos por um determinado fator, a entalpia é multiplicada ou dividida pelo mesmo.

Se a reação for revertida, o sinal da entalpia de reação também será revertido.

Exercícios resolvidos

-Exercício 1

O gás acetileno C2H2 é obtido a partir da reação do carboneto de cálcio CaC2 que se apresenta na forma granulada com água à temperatura e pressão ambiente.

Como dados temos as entalpias de formação dos reagentes:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

E a entalpia de formação dos produtos:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Encontre a entropia padrão da reação.

Solução

A primeira coisa é aumentar a equação química equilibrada:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

E agora as entalpias dos reagentes, produtos e a reação:

- Reagentes: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Produtos: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Reação: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

É uma reação exotérmica.

-Exercício 2

Quando 1 litro de acetileno é queimado em condições padrão, quanto calor é liberado?

Solução

A reação de combustão do acetileno, uma vez equilibrada, é assim:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Precisamos das entalpias de formação dos produtos:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 kJ / mol

Cálculo de entalpias

Com esses dados podemos calcular a entalpia dos produtos:

ΔH ° (produtos) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

E a entalpia de formação dos reagentes:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

A entalpia dos reagentes será:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

A entalpia de reação molar será então: ΔH ° (produtos) - ΔH ° (reagentes) = -1072,8kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Entalpia de combustão

Agora precisamos saber quantos moles de acetileno são um litro de acetileno nas condições padrão. Para isso usaremos a equação de estado de um gás ideal, a partir da qual resolveremos o número de moles.

Número de moles n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

A entalpia de combustão de 1 litro de acetileno é 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

O sinal negativo indica que é uma reação exotérmica que libera 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Referências

Castanhas E. Entalpia em reações químicas. Recuperado de: lidiaconlaquimica.wordpress.com
Termoquímica. Entalpia de reação. Recuperado de: recursostic.educacion.es
Termoquímica. Definição de entalpia de reação padrão. Recuperado de: quimitube.com
Wikipedia. Entalpia padrão de reação. Recuperado de: wikipedia.com
Wikipedia. Entalpia de formação. Recuperado de: wikipedia.com