O que é entalpia de formação? (Com exercícios) - Ciência - 2023

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o entalpia de formação é a mudança que a entalpia sofre na formação de uma molécula de um composto ou substância sob condições padrão. Por condição de pressão padrão entende-se quando a reação de formação é realizada à pressão atmosférica de uma atmosfera e à temperatura ambiente de 25 graus Celsius ou 298,15 Kelvin.

O estado normal dos elementos reativos em uma reação de formação refere-se ao estado mais comum de agregação (sólido, líquido ou gasoso) dessas substâncias sob condições padrão de pressão e temperatura.

O estado normal também se refere à forma alotrópica mais estável desses elementos reativos sob condições de reação padrão.

A entalpia H é uma função termodinâmica definida como a energia interna U mais o produto da pressão P e o volume V das substâncias que participam da reação química de formação de uma substância mol:

H = U + P ∙ V

A entalpia tem dimensões de energia e no Sistema Internacional de medidas é medida em Joules.

Entalpia padrão

O símbolo para entalpia é H, mas no caso específico da entalpia de formação é denotado por ΔH0f para indicar que se refere à mudança experimentada por esta função termodinâmica na reação de formação de um mol de um determinado composto sob condições padrão.

Na notação, o sobrescrito 0 indica as condições padrão, e o subscrito f indica a formação de um mol de substância a partir dos reagentes no estado de agregação e a forma alotrópica mais estável dos reagentes nas condições padrão.

Calor de formação

A primeira lei estabelece que o calor trocado 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:

Q = ΔU + W

No caso presente, a reação é realizada a pressão constante, especificamente à pressão de uma atmosfera, de modo que o trabalho será o produto da pressão e da variação de volume.

Então, o calor de formação de um determinado composto que iremos denotar por Q0f está relacionado à mudança na energia interna e no volume da seguinte maneira:

Q0f = ΔU + P ΔV

Mas lembrando a definição de entalpia padrão, temos:

Q0f = ΔH0f

Diferença entre entalpia e calor de formação

Esta expressão não significa que o calor de formação e a entalpia de formação sejam iguais. A interpretação correta é que a troca de calor durante a reação de formação causou uma mudança na entropia da substância formada em relação aos reagentes sob condições padrão.

Por outro lado, visto que a entalpia é uma função termodinâmica extensa, o calor de formação sempre se refere a um mol do composto formado.

Se a reação de formação for exotérmica, a entalpia de formação será negativa.

Pelo contrário, se a reação de formação for endotérmica, então a entalpia de formação é positiva.

Equações termoquímicas

Em uma equação de formação termoquímica, não apenas os reagentes e produtos devem ser indicados. Em primeiro lugar, é necessário que a equação química seja balanceada de forma que a quantidade do composto formado seja sempre de 1 mol.

Por outro lado, o estado de agregação dos reagentes e produtos deve ser indicado na equação química. Se necessário, a forma alotrópica da mesma também deve ser indicada, já que o calor de formação depende de todos esses fatores.

Em uma equação de formação termoquímica, a entalpia de formação também deve ser indicada.

Vejamos alguns exemplos de equações termoquímicas bem formuladas:

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

Considerações importantes

- Todos são balanceados com base na formação de 1 mol de produto.

- O estado de agregação dos reagentes e do produto é indicado.

- A entalpia de formação é indicada.

Observe que a entalpia de formação depende do estado de agregação do produto. Das três reações, a mais estável nas condições padrão é a segunda.

Uma vez que o que importa em uma reação química e em particular em uma reação de formação é a mudança de entropia e não a entropia em si, concorda-se que elementos puros em sua forma molecular e estado de agregação natural sob condições padrão têm entropia de formação nulo.

aqui estão alguns exemplos:

O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (grafite); ΔH0f = 0 kJ / mol

Exercícios resolvidos

-Exercício 1

Sabendo que para a formação do eteno (C2H4) é necessário contribuir com 52 kJ de calor para cada mol e que seus reagentes são hidrogênio e grafite, escreva a equação termoquímica para a formação do eteno.

Solução

Primeiro, levantamos a equação química e a balanceamos com base em um mol de eteno.

Em seguida, levamos em consideração que é necessário fornecer calor para que ocorra a reação de formação, o que indica que se trata de uma reação endotérmica e, portanto, a entropia de formação é positiva.

2 C (grafite sólida) + 2 H2 (gás) → C2H4 (gás); ΔH0f = +52 kJ / mol

-Exercício 2

Sob condições padrão, o hidrogênio e o oxigênio são misturados em um recipiente de 5 litros. O oxigênio e o hidrogênio reagem completamente sem nenhum dos reagentes para formar o peróxido de hidrogênio. Na reação, 38,35 kJ de calor foram liberados no meio ambiente.

Enuncie a equação química e termoquímica. Calcule a entropia de formação de peróxido de hidrogênio.

Solução

A reação de formação de peróxido de hidrogênio é:

H2 (gás) + O2 (gás) → H2O2 (líquido)

Observe que a equação já está balanceada com base em um mol de produto. Ou seja, um mole de hidrogênio e um mole de oxigênio são necessários para produzir um mole de peróxido de hidrogênio.

Mas a declaração do problema nos diz que o hidrogênio e o oxigênio são misturados em um recipiente de 5 litros sob condições padrão, portanto sabemos que cada um dos gases ocupa 5 litros.

Usando condições padrão para obter a equação termoquímica

Por outro lado, as condições padrão de pressão média de 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa e temperatura de 25 ° C = 298,15 K.

Em condições padrão, 1 mol de gás ideal ocupará 24,47 L, como pode ser verificado a partir do seguinte cálculo:

V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Como 5 L estão disponíveis, o número de moles de cada um dos gases é dado por:

5 litros / 24,47 litros / mol = 0,204 moles de cada um dos gases.

De acordo com a equação química balanceada, serão formados 0,204 moles de peróxido de hidrogênio, liberando 38,35 kJ de calor para o meio ambiente. Ou seja, para formar um mole de peróxido, são necessários 38,35 kJ / 0,204 moles = 188 kJ / mole.

Além disso, como o calor é liberado no meio ambiente durante a reação, a entalpia de formação é negativa. Finalmente resultando na seguinte equação termoquímica:

H2 (gás) + O2 (gás) → H2O2 (líquido); ΔH0f = -188 kJ / mol

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
Termoquímica. Definição de entalpia de formação e exemplos. Recuperado de: quimitube.com
Wikipedia. Entalpia padrão de reação. Recuperado de: wikipedia.com
Wikipedia. Entalpia de formação. Recuperado de: wikipedia.com