Qual é o calor da reação? - Ciência - 2023

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o calor de reação ou Entalpia de Reação (ΔH) é a mudança na entalpia de uma reação química que ocorre a pressão constante.É uma unidade termodinâmica de medida útil para calcular a quantidade de energia por mol que é liberada ou produzida em uma reação.

Uma vez que a entalpia é derivada da pressão, do volume e da energia interna, todas funções de estado, a entalpia também é uma função de estado.

ΔH, ou a mudança de entalpia surgiu como uma unidade de medida destinada a calcular a mudança de energia de um sistema quando se tornou muito difícil encontrar a ΔU, ou mudança na energia interna de um sistema, medindo simultaneamente a quantidade de calor e trabalho trocados.

Dada uma pressão constante, a mudança de entalpia é igual ao calor e pode ser medida como ΔH = q.

A notação ΔHº ou ΔHº_r então surge para explicar a temperatura e pressão precisas do calor da reação ΔH.

A entalpia de reação padrão é simbolizada por ΔHº ou ΔHºrxn e pode assumir valores positivos e negativos. As unidades para ΔHº são kiloJoules por mol ou kj / mol.

Conceito anterior para entender o calor da reação: diferenças entre ΔH e ΔHº_r.

Δ = representa a mudança na entalpia (entalpia dos produtos menos entalpia dos reagentes).

Um valor positivo indica que os produtos têm entalpia mais alta ou que é uma reação endotérmica (é necessário calor).

Um valor negativo indica que os reagentes têm maior entalpia ou que é uma reação exotérmica (é produzido calor).

º = significa que a reação é uma alteração de entalpia padrão e ocorre a uma pressão / temperatura predefinida.

r = denota que esta mudança é a entalpia da reação.

O estado padrão: o estado padrão de um sólido ou líquido é a substância pura a uma pressão de 1 bar ou o que é a mesma 1 atmosfera (105 Pa) e uma temperatura de 25 ° C, ou o que é o mesmo 298 K .

O ΔHº_r é o calor padrão de reação ou entalpia padrão de uma reação e, como ΔH, também mede a entalpia de uma reação. No entanto, ΔHºrxn ocorre em condições "padrão", o que significa que a reação ocorre a 25 ° C e 1 atm.

O benefício de uma medição de ΔH em condições padrão está na capacidade de relacionar um valor de ΔHº a outro, uma vez que ocorrem nas mesmas condições.

Calor de formação

O calor padrão de formação, ΔH_Fº, de um produto químico é a quantidade de calor absorvida ou liberada da formação de 1 mol desse produto químico a 25 graus Celsius e 1 bar de seus elementos em seus estados padrão.

Um elemento está em seu estado padrão se estiver em sua forma mais estável e em seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso) a 25 graus Celsius e 1 bar.

Por exemplo, o calor padrão de formação do dióxido de carbono envolve oxigênio e carbono como reagentes.

O oxigênio é mais estável como moléculas de gás O₂, enquanto o carbono é mais estável como grafite sólida. (O grafite é mais estável do que o diamante nas condições padrão).

Para expressar a definição de outra forma, o calor padrão de formação é um tipo especial de calor padrão de reação.

A reação é a formação de 1 mol de uma substância química a partir de seus elementos em seus estados padrão sob condições padrão.

O calor padrão de formação também é chamado de entalpia padrão de formação (embora seja, na verdade, uma mudança na entalpia).

Por definição, a formação de um elemento por si só não produziria nenhuma alteração na entalpia, então o calor de reação padrão para todos os elementos é zero (Cai, 2014).

Cálculo da entalpia de reação

1- Cálculo experimental

A entalpia pode ser medida experimentalmente usando um calorímetro. Um calorímetro é um instrumento onde uma amostra reage através de cabos elétricos que fornecem energia de ativação. A amostra está em um recipiente cercado por água que é constantemente mexida.

Medindo com a a mudança de temperatura que ocorre quando a amostra é reagida, e conhecendo o calor específico da água e sua massa, o calor liberado ou absorvido pela reação é calculado usando a equação q = Cesp x m x ΔT.

Nesta equação q é o calor, Cesp é o calor específico neste caso da água que é igual a 1 caloria por grama, m é a massa da água e ΔT é a mudança de temperatura.

O calorímetro é um sistema isolado que possui uma pressão constante, então ΔH_r= q

2- Cálculo teórico

A mudança de entalpia não depende do caminho particular de uma reação, mas apenas do nível geral de energia dos produtos e reagentes. A entalpia é uma função do estado e, como tal, é aditiva.

Para calcular a entalpia padrão de uma reação, podemos adicionar as entalpias padrão de formação dos reagentes e subtraí-la da soma das entalpias padrão de formação dos produtos (Boundless, S.F.). Exposto matematicamente, isso nos dá:

ΔH_r° = Σ ΔH_Fº (produtos) - Σ ΔH_Fº (reagentes).

As entalpias de reações são geralmente calculadas a partir das entalpias de formação do reagente em condições normais (pressão de 1 bar e temperatura de 25 graus Celsius).

Para explicar este princípio da termodinâmica, vamos calcular a entalpia da reação para a combustão do metano (CH₄) de acordo com a fórmula:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Para calcular a entalpia padrão da reação, precisamos encontrar as entalpias padrão de formação para cada um dos reagentes e produtos envolvidos na reação.

Eles são normalmente encontrados em um apêndice ou em várias tabelas online. Para esta reação, os dados de que precisamos são:

H_Fº CH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_Fº CO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_Fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Observe que, por estar em seu estado padrão, a entalpia padrão de formação para o gás oxigênio é 0 kJ / mol.

A seguir, resumimos nossas entalpias de formação padrão. Observe que, como as unidades estão em kJ / mol, precisamos multiplicar pelos coeficientes estequiométricos na equação de reação balanceada (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_Fº (produtos) = ΔH_Fº CO₂ +2 ΔH_Fº H₂OU

Σ ΔH_Fº (produtos) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔH_Fº (reagentes) = ΔH_Fº CH₄ + ΔH_Fº O₂

Σ ΔH_Fº (reagentes) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Agora, podemos encontrar a entalpia padrão da reação:

ΔH_r° = Σ ΔH_Fº (produtos) - Σ ΔH_Fº (reagentes) = (- 962) - (- 75) =

ΔH_r° = - 887kJ / mol.

Referências

Anne Marie Helmenstine. (11 de junho de 2014). Definição de entalpia de reação. Recuperado de Thoughtco: Thoughtco.com.
(S.F.). Entalpia de reação padrão. Recuperado do ilimitado: boundless.com.
Cai, E. (11 de março de 2014). calor padrão de formação. Recuperado de chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
Clark, J. (2013, maio). Várias definições de alteração de entalpia. Recuperado de chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 de fevereiro). Entalpia de formação padrão. Recuperado de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
Leaf Group Ltd. (S.F.). Como calcular entalpias de reação. Recuperado do sciencing: sciencing.com.
Rachel Martin, E. Y. (7 de maio de 2014). Calor de reação. Recuperado de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.