O que é entalpia? (e seus 11 tipos) - Médico - 2023

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Energia, temperatura e movimento são três grandezas que, em essência, determinam o funcionamento do Universo. Neste sentido, tudo o que acontece no Cosmos pode ser entendido como um processo determinado pelas leis universais da termodinâmica. As trocas de temperatura e os fluxos de energia governam o comportamento da natureza.

A Termodinâmica é o ramo da Física que estuda as propriedades macroscópicas da matéria afetadas por todos aqueles fenômenos relacionados ao calor. E isso varia desde o ciclo de vida das estrelas até como o gelo derrete em um copo d'água.

E de todas as magnitudes físicas que esta disciplina trata, um dos mais importantes é sem dúvida a entalpia. A variação nessa propriedade termodinâmica é o que determina que as reações químicas dentro de um sistema sejam exotérmicas (liberam calor) ou endotérmicas (absorvem calor), algo muito importante em muitos campos científicos.

Mas o que exatamente é entalpia? Como é calculado? Que tipos existem? Como isso está relacionado à entropia? No artigo de hoje responderemos a essas e muitas outras perguntas sobre essa energia que, embora não a vejamos, determina a natureza de tudo ao nosso redor.

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O que é entalpia?

Entalpia, representada como H, é a quantidade de energia que um sistema termodinâmico, sob condições de pressão constante, troca com o ambiente que o rodeia. Em outras palavras, é uma propriedade termodinâmica cuja variação determina se a reação química em questão libera energia na forma de calor ou precisa absorver essa energia térmica.

Portanto, entalpia pode ser entendida como a quantidade de energia térmica que um sistema termodinâmico (regido pelos fluxos de temperatura e energia) emite ou absorve quando está em pressão constante. E por sistema termodinâmico podemos entender, basicamente, qualquer objeto físico.

É uma das propriedades termoquímicas mais fundamentais, uma vez que estamos analisando como o meio de reação troca calor (absorvendo-o ou liberando-o) com o ambiente que o rodeia. E se ele o absorve ou o libera, será determinado não pela própria entalpia (H), mas por sua variação (ΔH). E com base nisso, uma reação química pode ser de dois tipos:

Exotérmico: Quando ΔH 0 (a variação da entalpia é negativa), a reação libera energia na forma de calor. Eles não consomem calor, mas o emanam. Todas as reações em que o produto final é molecularmente mais simples que o inicial serão exotérmicas.
Endotérmico: Quando ΔH> 0 (a variação da entalpia é positiva), a reação consome energia na forma de calor. Eles não liberam energia, mas precisam absorvê-la e gastá-la. Todas as reações em que o produto final é molecularmente mais complexo que o inicial serão endotérmicas.

Em resumo, a entalpia (ou mudança de entalpia) é uma energia cujo valor determina se uma reação química específica, sob condições de pressão constante, irá liberar energia térmica (exotérmica) ou absorver energia na forma de calor (endotérmica). A unidade internacional do sistema de entalpia é Joules (J).

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Como a entalpia é calculada?

Como nós vimos, a base da entalpia é muito simples. Se sua variação for negativa, a reação química em questão liberará energia térmica para o meio. E se sua variação for positiva, ele vai absorver energia na forma de calor. Agora, como podemos calcular isso? Muito simples também.

A fórmula para calcular a entalpia é a seguinte:

H = E + PV

Onde:

H: Entalpia (medida em Joules)
E: Energia no sistema (também medida em Joules)
P: Pressão (medida em Pascals)
V: Volume (medido em metros cúbicos)

Em Química, o produto PV (pressão multiplicada pelo volume) é igual ao trabalho mecânico aplicado ao sistema termodinâmico (pode ser representado como W). Portanto, podemos chegar a outra definição de entalpia. A entalpia é o resultado da soma entre a energia de um sistema termodinâmico e o trabalho mecânico que aplicamos a ele.

Mesmo assim, como já dissemos, o que realmente nos interessa para determinar como a reação se comportará termicamente é a alteração da entalpia. Portanto, encontramos esta nova fórmula:

ΔH = ΔE + PΔV

Tudo é calculado de acordo com a sua variação (entalpia final - entalpia inicial, energia final - energia inicial, volume final - volume inicial) exceto a pressão, pois já dissemos que uma condição indispensável para o cálculo da entalpia é que a pressão dentro do sistema deve ser mantido constante.

Em resumo, se o resultado da adição da variação da energia ao produto da pressão e da variação do volume for positivo, significa que a entalpia aumenta e, portanto, a energia térmica entra no sistema (é endotérmica). Se, ao contrário, o resultado dessa soma for negativo, significa que a entalpia diminui ao longo da reação e, portanto, a energia térmica deixa o sistema (é exotérmica).

Que tipos de entalpia existem?

Já vimos exatamente o que é entalpia e como ela é calculada. Agora é hora de ver como ela é classificada de acordo com a natureza das reações químicas que determina e como ela atua com a energia térmica nelas.

1. Entalpia de formação

A entalpia de formação é definida como a quantidade de energia necessária para formar um mol de um composto (a unidade com a qual a quantidade de uma substância é medida e que é equivalente a 6,023 x 10 ^ 23 átomos ou moléculas de um composto) dos elementos que o constituem sob condições padrão de temperatura e pressão, ou seja, 25 ° C e 1 atmosfera, respectivamente.

2. Entalpia de decomposição

A entalpia de decomposição é definida como a quantidade de energia térmica absorvida ou liberada quando um mol de uma substância se desintegra em seus elementos constituintes.

3. Entalpia de combustão

A entalpia de combustão é aquela ligada à queima de substâncias na presença de oxigênio. Nesse sentido, trata-se de a energia liberada quando um mol de uma substância é queimado. A substância em questão queima quando reage com o oxigênio e são reações exotérmicas, já que sempre há liberação de calor e luz.

4. Entalpia de hidrogenação

A entalpia de hidrogenação é definida como a energia liberada ou absorvida quando uma substância nós adicionamos uma molécula de hidrogênio, para formar geralmente um hidrocarboneto.

5. Entalpia de neutralização

A entalpia de neutralização é definida como a energia liberada ou absorvida quando um ácido (pH abaixo de 7) e uma base (pH acima de 7) são misturados, que acabam sendo neutralizados. Daí seu nome. Sempre que uma mistura de substâncias ácidas e básicas, haverá uma entalpia de neutralização associada à reação.

6. Entalpia de mudança de fase

Entalpia de mudança de fase significa qualquer liberação ou absorção de energia quando um mol de uma substância específica modificar seu estado de agregação. Em outras palavras, é a energia associada à mudança de estado entre o líquido, o sólido e o gasoso.

7. Entalpia de dissolução

A entalpia de solução é definida como a energia absorvida ou liberada quando um produto químico se dissolve em uma solução aquosa. Ou seja, é a energia ligada a uma mistura entre um soluto e um solvente, possuindo uma fase reticular (absorve energia) e uma fase de hidratação (libera energia).

8. Entalpia de fusão

A entalpia de fusão é a variação na energia de um sistema quando o produto químico envolvido vai de sólido para líquido, como por exemplo quando um gelo derrete.

9. Entalpia de vaporização

A entalpia de vaporização é a variação da energia de um sistema quando o produto químico envolve vai do estado líquido ao gasoso, como quando a água ferve na panela.

10. Entalpia de sublimação

A entalpia de sublimação é a variação na energia de um sistema quando o produto químico envolvido vai do estado sólido ao gasoso sem passar pelo líquido, como por exemplo a evaporação dos pólos terrestres, com uma água que passa diretamente do gelo para a atmosfera, sem passar pelo estado líquido.

11. Entalpia de solidificação

A entalpia de solidificação é a variação na energia de um sistema quando o produto químico envolve vai do estado líquido para o estado sólido, por exemplo, quando a água líquida congela e obtemos gelo.

Como a entalpia está relacionada à entropia?

Entalpia e entropia são dois termos que muitas vezes são confundidos um com o outro. E embora estejam relacionados (como veremos agora), são bastante diferentes. Como vimos, a entalpia é a energia que um sistema termodinâmico troca com o ambiente que o rodeia.

A entropia, por outro lado, é exatamente o oposto. E embora seja incorreto defini-lo como a magnitude que mede o grau de desordem de um sistema, é verdade que está relacionado à energia não disponível na reação. Portanto, de certa forma, está ligado ao caos molecular.

De qualquer maneira, entalpia e entropia estão relacionadas. Mas de que maneira? Bem, a verdade é que é bastante complexo, mas poderíamos resumir nisso segue uma relação inversamente proporcional: quanto maior a entalpia (mais troca de energia), menor a entropia (menos desordem); enquanto a entalpia mais baixa (menos troca de energia), a entropia mais alta (mais desordem).