“Da Teoria ao dia a dia”

Adriana dos Santos Rossi

Andressa Tavares Silva

Glêvia Ferraz Beze

PERIPÉCIAS DA QUÍMICA

Termoqu mica

Adriana Rossi

Andressa Tavares

Glêvia Ferraz

PRODUZIDA POR:

Adriana Rossi:

Designer gráfico;

Ilustrações.

Andressa Tavares:

Produção de Textos;

Revisão Textual.

Glêvia Ferraz:

Produção de Textos;

Palavras Cruzadas.

Com o apoio dos Professores:

Kátia Silva;

Marcus Bandeira.

Licenciatura em Química II semestre, 2012.

Elaborado por: Orientadores:

Adriana dos Santos Rossi1 Kátia Silva Santos2

Andressa Tavares Silva¹ Marcus L. S. F. Bandeira3

Glêvia Ferraz Bezerra¹

1 Estudantes do 2º semestre de Licenciatura em Química do Instituto Federal de educação, Ciência e

Tecnologia da Bahia (IFBA) – Campus Porto Seguro. 2 Professora de Psicologia da educação do 2º semestre de Licenciatura em Química do Instituto Federal de

educação, Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA) – Campus Porto Seguro. 3 Professor de Química Geral do 2º semestre de Licenciatura em Química do Instituto Federal de educação,

Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA) – Campus Porto Seguro.

TERMOQUÍMICA

Prefácio

O presente trabalho foi realizado durante o II semestre do curso de

Licenciatura em Química do ano de 2012, e tem como foco os alunos do ensino

médio a entender um pouco mais sobre a química, haja visto que a matéria de

química é vista com rejeição por muitos alunos do ensino médio devido a

dificuldade de abstração do conteúdo.

Desta forma, esta revista foi elaborada com uma linguagem simples, tendo

como principal objetivo facilitar o aprendizado da química de uma forma clara,

divertida e bem relacionada com o dia a dia.

Este trabalho não substitui o livro didático, mas pode servir de subsídio para

o professor de química do 2° ano do ensino médio, para que os assuntos

abordados em termoquímica sejam encarados com bons olhos pelos seus alunos,

por tratar-se de uma ferramenta dinâmica. Foi confeccionado além da

presente revista, um vídeo contendo experimentos e uma breve introdução à

termoquímica.

Sumário

1. Introdução

2. Termoquímica

2.1 Calor

3. Sistemas Químicos

3.1 Tipos de Sistemas Químicos

4. Classificação das reações Químicas

4.1 Reações Exotérmicas

4.2 Reações Endotérmicas

5. Entalpia

6. Lei de Hess

7. Variação da Entalpia nas Mudanças de Estado

Físico;

8. Bônus (palavras cruzadas)

9. Bônus – Piadas de Química

10. Atividade

11. Referências Consultadas

5

6

111

141

231

141

26

28

29 31

32

INTRODUÇÃO

Desde o início da historia da humanidade o homem se preocupa com a

questão de encontrar formas de se obter energia. Pois é através da energia

que se consegue o funcionamento de, desde pequenos equipamentos de uso

doméstico como também grandes máquinas industriais, é através da energia

também que se obtém o funcionamento de um automóvel, equipamentos para

aquecer-se no inverno ou resfriar-se no verão.

E no mundo civilizado em que se vive é impossível imaginar a vida hoje

sem automóveis, micro-ondas, televisão, geladeira, fábricas, aviões etc. sendo,

o aumento do consumo de energia uma das grandes consequências do progresso

da humanidade.

A fonte primária de energia do nosso planeta é o sol, que nos transfere

energia de várias formas, principalmente, nos vegetais durante a reação de

fotossíntese.

A grande fonte de nossos recursos energéticos é, sem dúvida, as

reações químicas, já que durante a ocorrência destas, há perda ou ganho de

energia. Essas variações energéticas são, frequentemente, expressas na forma

de calor e serão estudadas na Termoquímica.

TERMOQUÍMICA

A termoquímica é a área da química responsável pelo estudo das trocas

de calor entre as reações químicas, o meio onde ocorrem e quaisquer

transformações físicas, baseadas nos princípios da termodinâmica.

No nosso cotidiano é possível observar em vários momentos a ação da

termoquímica: quando deixamos uma lata de refrigerante gelado repousando

por alguns minutos fora da geladeira, é possível observar que formam-se

gotículas de água na lata. Este fenômeno indica que o sistema (a lata) absorveu

energia (em forma de calor) do meio externo.

Ou por exemplo, quando deixamos uma roupa molhada secando no varal,

para que aquela seque é necessário que absorva calor do sol.

ã

Figura 2: Processo físico, onde a água absorve calor do sol e evapora, secando as roupas.

Adriana Rossi

5

Para entender melhor a termoquímica e sua aplicação, você precisa

saber um pouco sobre calor, energia e capacidade calorífica.

CALOR

O ser humano precisa ingerir alimentos para adquirir energia, durante a

ingestão desse alimento, ou seja, durante o metabolismo das substâncias do

alimento, o corpo humano adquire energia necessária para manter o organismo

em uma temperatura praticamente constante. É muito comum ver pessoas

falando que estão com calor, no entanto, fisicamente falando, esse discurso

está equivocado.

Calor é definido como sendo energia térmica em trânsito e que flui de

um corpo com maior temperatura para outro corpo de menor, até que ambos

atinjam a mesma temperatura. A partir daí então, para de haver troca de calor

entre os dois corpos.

Corpo A Corpo B

Quente Frio

Isso ocorre devido a uma série de

reações químicas que ocorrem com as

substâncias presentes nos alimentos. Quando

esse metabolismo é alterado, por exemplo, por

uma infecção, a temperatura do corpo aumenta.

6

Figura 3: retirada do site: http://interessantte.blogspot.com.br

Os termos, quente e frio tem sentidos

diferentes na ciência e no dia a dia.

Na linguagem popular, empregamos as palavras

“calor” e “frio” com um sentido diferente do

que temos em termos científicos. O calor e o

frio não “passam” de um corpo para o outro, o

que ocorre é a energia que é transmitida de um

para outro corpo. Quando essa troca de calor

acontece, ou seja, quando um corpo ganha

energia e o outro perde energia até que eles

atinjam uma temperatura intermediária, dar-

se-á o que chamamos de equilíbrio térmico.

Xii!!! Agora surgiu uma

dúvida...

Será o frio que entra ou o

calor que sai

Então é verdade!!!!

Sendo assim... Partindo do princípio da troca de

calor no corpo humano... É verdade a história de que,

se uma pessoa está com febre e tomar um banho

frio ou colocar uma toalha molhada (fria) sobre o

corpo, isso vai contribuir para baixar a temperatura

do corpo enquanto o antitérmico não faz efeito!!!

Quando estamos em uma região fria, a circulação sanguínea na superfície da nossa pele

aumenta para compensar a transferência de calor do nosso corpo para o ambiente, evitando

que a temperatura corporal abaixe. Nessa situação, moléculas de carboidratos são

queimadas, liberando energia em nosso organismo para compensar a energia transferida ao

ambiente.

7

Figura 4: Imagem ilustrativa de troca de calor

Adriana Rossi

Figura 5: retirada do site:

hquimica.webnode.com.br

E no amor... Será que podemos observar este fenômeno

da termoquímica

Sabe aquele momento em que você está com aquela pessoa que você ama e de

repente você sente aquele frio incontrolável “juntando a fome com a vontade de comer”?

Porque é claro que você já está morrendo de vontade de abraça-lo(a),você então

encosta mais perto dele (a)... E, como se fosse mágica você se sente aquecida (o)?

Além de você não sentir nada, pois já está encantado (a) e feliz da vida você também

conta com ajudinha de uma regra da termoquímica.

Neste momento esta acontecendo uma transferência de calor do corpo mais quente

para o corpo mais frio!

Viva a termoquímica!!!

8

Você sabia

Que ao colocar-se um recipiente

com água morna e um outro do

mesmo tamanho com a mesma

quantidade de água fria no

congelador, a água morna vai

congelar primeiro?

/

Este fenômeno foi descoberto pela primeira vez em

1969 na Tanzânia por Erasto Mpemba e um colega

durante a realização de um experimento na escola. A

partir daí passou a ser conhecido como Efeito Mpemba.

Isso explica o porquê de nas regiões e países frios os

canos de água quente congelarem primeiro que os de

água fria. Além de vários outros, um dos fatores que

influenciam é que quando se congela água fria, é natural

que surja em primeiro lugar uma camada de gelo na

superfície do liquido. Essa camada vai prejudicar as

trocas energéticas com o exterior funcionado como uma

superfície isolante, o que vai retardar o processo de

congelação. No caso de a água estar morna, verifica-se

que essa camada de gelo não se forma, pelo que não há

lugar a esse efeito isolante. Isto acontece porque a

água da superfície ao arrefecer vai deslocar-se para o

fundo do recipiente criando uma corrente de convecção,

corrente essa que vai promover a homogeneidade da

temperatura da água no interior do recipiente.

EXPERIÊNCIA

MATERIAIS

Dois recipientes de alumínio (copos de 200mL);

Panela para ferver água.

PROCEDIMENTO

Ferva aproximadamente 250mL de água;

Depois coloque 200mL desta água um

copo. Em outro coloque 200mL de água a

temperatura ambiente;

Leve os dois copos ao mesmo tempo ao

congelador;

Meia hora depois, verifique qual dos dois

congelou primeiro.

9 Figura 6: Termoquímica e o amor

Adriana Rossi

Para entender melhor como ocorre a troca de calor entre os corpos,

você deve saber o principal critério de classificação de reações químicas pela

termoquímica: a absorção e liberação de calor. Deve ainda, entender o que

significa o termo sistema químico.

Vamos começar pelos sistemas químicos...

SISTEMAS QUÍMICOS

Os sistemas químicos podem ser entendidos, facilmente, como sendo a

parte que interessa durante um determinado processo. Estes sistemas

possuem fronteiras que separam o que há dentro do sistema e o que existe

fora dele.

Onde:

Figura 7: Esquema de sistemas e vizinhança

Adriana Rossi

Lembrete:

O calor é sempre

transferido do

corpo mais quente

para o mais frio

Sistema

É a porção do universo cujas

propriedades estão sendo

analisadas

Vizinhança:

É a região que envolve o

sistema.

Fronteira

É a região que separa o

sistema da vizinhança.

10

11

Pense em uma geladeira: dentro dela há um recipiente plástico que você guarda

algum alimento, protegendo-o.

TIPOS DE SISTEMAS

A geladeira pode ser pensada,

neste caso como o meio externo,

“a vizinhança em relação àquele

sistema, o recipiente que

armazena os alimentos”. As

fronteiras deste sistema são as

“paredes” do recipiente plástico.

Adriana Rossi

Figura 8: Geladeira, um sistema.

Créditos: Adriana Rossi

Existem sistemas fechados, abertos e isolados.

Sistemas fechados não permitem a troca de matéria com o meio externo, mas

permitem a troca de energia.

Sistemas abertos permitem tanto a troca de matéria quanto à troca de energia.

Sistemas isolados não permitem troca alguma.

Adriana Rossi

12 Figura 9: Tipos de sistema

gora que você sabe o que são sistemas químicos, precisa saber como são

classificadas as reações químicas.

Figura 5 – Tipos de sistemas

Por que será

COMO DISTINGUIR OS SISTEMAS EM NOSSO DIA A DIA?

Em nosso dia a dia podemos identificar estes três tipos de sistemas em várias circunstâncias,

como por exemplo, em nossa cozinha.

Sistema aberto:

Panela sem tampa é um sistema

aberto, pois durante o cozimento

do alimento ocorre a troca de calor

e de matéria com o meio.

Sistema fechado:

Panela com tampa é um sistema

fechado, pois durante o cozimento do

alimento ocorre a troca de calor, mas

não de matéria com o meio.

Sistema isolado:

Garrafa térmica é um sistema isolado,

pois não permite a troca de calor e

nem de matéria com o meio.

Que o café permanece quente

na garrafa térmica, e ao coloca-

lo em uma xícara, ele logo

esfria?

As garrafas térmicas são no seu

interior constituídas por ampolas

com paredes duplas de vidro

afastadas uma da outra, onde

forma-se o vácuo, local onde

existem poucas moléculas para

que ocorra a troca de calor por

condução.

Essas paredes são revestidas por espelhos tanto na parte

interna como externa, que refletem ondas eletromagnéticas

tanto do conteúdo para fora, como do ambiente para dentro

da garrafa evitando assim a troca de calor por radiação.

E por fim, a tampa, que possui a função de isolar a garrafa

das correntes de convencção. Impedindo a troca de calor

por convencção, do liquido para o meio externo.

Dessa forma conclui-se que, quando o cafezinho está dentro da garrafa, ele está isolado de todo e

qualquer tipo de transferência de calor, mas ao sair da garrafa e entrar em contato com o meio, ele

logo sofre todas essas transferências de calor, perdendo calor inclusive par a xícara, que já se

encontra em temperatura bem menor que a dele. Dessa forma sua temperatura logo diminui.

13

Figura 10: Sistemas no dia a dia

Adriana Rossi

CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES QUÍMICAS

A formação e a ruptura de ligações envolve interação de energia com a

matéria, ocorrendo com perda ou ganho de energia na forma de calor.

Uma reação química contém substancias iniciais diferentes das

substancias finais. Assim, estas substâncias armazenam dentro de si

quantidade de energias diferenciadas.

De acordo com a termoquímica, durante uma transformação química este

saldo de energia poderá ser liberado ou absorvido e as reações químicas

poderão serem classificadas de duas formas: reações exotérmicas e reações

endotérmicas.

Reações exotérmicas

Reações exotérmicas são aquelas em que o sistema libera calor para a

vizinhança, durante este processo o sistema tem sua temperatura aumentada.

Nós já sabemos que, em uma reação as substancias que serão formadas (finais)

tem quantidade de energia diferente das substancias iniciais. Em uma reação

exotérmica a energia inicial das substancias é maior que a energia final e pode

ser representada da seguinte maneira:

A → B + calor Observe que: o calor se

encontra do lado dos produtos.

14

Será que assim fica mais fácil?

Existem vários tipos de reações exotérmicas que podem ser observadas

em nosso dia a dia. A combustão é um tipo de reação exotérmica muito

comum, pois parte dos alimentos que ingerimos, diariamente, são preparados

graças à combustão do gás de cozinha. O metabolismo deste alimento ingerido,

em nosso organismo é uma reação exotérmica, assim como a vela acesa. Nas

reações de combustão, as ligações entre as moléculas do combustível são

rompidas e os seus átomos se ligam a átomos de oxigênio formando assim,

novas moléculas.

Inicial

Sobra de energia

Inicial

Liberação

Então, vamos lá?

Eu tenho um sistema onde a energia inicial das substancias lá contida (azul) é

maior que energia das substâncias que foram formadas (rosa).

O que vai acontecer então com este saldo de energia?

Ele será liberado pela reação.

15

Figura 11: Esquema Reação exotérmica

final

Por que será

Que algumas

chamas possuem

cores diferentes?

Isso ocorre porque as reações de combustão podem

ocorrer de forma completa ou incompleta, o que vai

depender da quantidade de oxigênio existente no ar

para que o combustível seja consumido.

Vejamos uma reação de queima de gás de cozinha (GLP).

Seu principal componente, o butano (C4H10), por

possuir apenas três ou quatro átomos de carbono, não

necessita de muito oxigênio para que o carbono seja

consumido e a reação se complete, produzindo assim,

dióxido de carbono (CO2) e agua (H20).

C4H10(g) +13/2 O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g) ΔH < 0

Agora, veremos uma reação de combustão da queima de

uma vela. Seu principal componente a parafina (C23H10),

possui de 20 a 36 átomos de carbono, sendo necessário

muito oxigênio para que seja consumida.

Como o ar é uma mistura gasosa com apenas 20% de

oxigênio, não haverá oxigênio suficiente e a reação será

incompleta, produzindo monóxido de carbono (CO) e

agua (H20).

1 C23H10(s) + 47/2 O2(g) → 23CO(g) + 24H2O(g) ΔH < 0

1 C23H10(g) + 12 O2(g) → 23C(s) + 24H2O(g) ΔH < 0

Esta reação incompleta vai produzir fuligem (aquela

fumacinha preta) que é o simplesmente o carbono (C).

Mas, se a combustão do butano ocorre

de forma completa por que às vezes a

chama do fogão fica amarela ?

Isso ocorre por dois fatores:

A entrada de ar não está fornecendo

quantidade de oxigênio suficiente, ou

fique atento “O BUTANO ACABOU”. E

está sendo queimado gases com

moléculas maiores que ficam no fundo

do botijão e requerem de mais oxigênio

para serem consumidos.

Nestes dois casos a chama ficará amarela

e o fundo da panela ficará preto devido a

fuligem produzida.

16 http://minadeciencia.blogspot.com.br/2011/11/porque-e-que-chama-do-

fogao-e-azul.html

http://megadethworld.com/caverna/tag/gas/

;

REAÇÕES ENDOTÉRMICAS

Reações endotérmicas são aquelas em que há absorção de calor da

vizinhança, durante este processo o sistema tem sua temperatura diminuída.

Nós já sabemos que, em uma reação as substancias que serão formadas (finais)

tem quantidade de energia diferente das substancias iniciais. Em uma reação

endotérmica a energia inicial das substancia é menor que a energia final da

substancia que será formada e pode ser representada da seguinte maneira:

A + calor → B

Observe que: o calor se

encontra do lado dos reagentes.

17

Você já ouviu falar em

neutralização do carbono?

Este conceito consiste na diminuição do lançamento e

a retirada do excesso de gases da atmosfera.

É... Aqueles gases mesmo... Provenientes da queima

de combustíveis fósseis, como diesel, gasolina e até

aquele carvãozinho da churrasqueira.

Para diminuir o lançamento dos gases, devemos usar

menos os veículos com combustíveis derivados de

petróleo, menos lixo e reciclar mais, diminuindo os

aterros sanitários (lixões), evitar o desmatamento desenfreado das florestas, buscar fontes alternativas de

energias, etc. Para retirarmos o carbono que se encontra em excesso na atmosfera, a forma mais simples é

através do crescimento das plantas.

De onde uma planta ou uma árvore retira toda a massa que forma as folhas o tronco os galhos e raízes

durante seu desenvolvimento? Do chão, da terra? Não. Se fosse assim, o volume de terra debaixo de uma

plantação ou de uma árvore diminuiria com o crescimento delas, e isso não ocorre. Para crescer as plantas

retiram, com ajuda da fotossíntese, o carbono da atmosfera, fixando-o em forma de madeira, ou seja,

“neutralizando-o” contribuindo assim com a redução do efeito estufa e do aquecimento global.

Figura 15: Emissão de gases

Adriana Rossi

Será que assim fica mais fácil?

Existem vários tipos de reações endotérmicas que podem ser observadas

em nosso dia a dia. A fotossíntese é um tipo de reação endotérmica muito

comum, pela qual são produzidos os alimentos nos vegetais por meio da síntese

de carboidratos a partir da água (H2O) e dióxido de carbono (CO2). O gelo

derretendo, produção do ferro e o tratamento com bolsa de gelo instantâneo

também são processos muito comuns em nosso dia a dia.

Então, vamos lá, novamente?

Eu tenho um sistema onde a energia inicial das substancias lá contida (rosa) é

menor que energia das substâncias que foram formadas (azul).

O que deve acontecer para que esta falta de energia seja compensada?

A energia será absorvida pela reação.

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Figura 16: Esquema reação endotérmica

Adriana Rossi

Você sabia

Que ao contrário do que muitos

pensam, beber líquidos em copos

de alumínio não deixam a

bebida mais fria?

Isso por que o metal oferece um bom ambiente de

aquecimento e resfriamento. Trocadores e dissipadores

de calor em alumínio são utilizados em larga escala nas

indústrias alimentícia, automobilística, química,

aeronáutica, petrolífera, etc. Para as embalagens e

utensílios domésticos, essa característica confere ao

alumínio a condição de melhor condutor térmico, o que

na cozinha é extremamente importante. O alumínio é um

excelente meio de transmissão de energia, seja elétrica

ou térmica. Muitas pessoas acham que tomar bebidas

frias em recipientes de alumínio é melhor, porque

ficam mais frias. Estão enganadas. Embora pareçam

mais frios, quando segurados, estes recipientes tendem

a absorver o calor das mãos. Sendo assim, possuem uma

desvantagem em relação ao copo de vidro: a bebida

“esquenta” mais depressa.

MATERIAIS

600 mL de água;

1 Panela de vidro (cap 500Ml);

1 panela de alumínio (cap. 500Ml).

PROCEDIMENTO

Coloque 300Ml de água na panela

de vidro;

Em seguida coloque 300mLde água

na panela de alumínio;

Leve as duas ao mesmo tempo ao fogo

e observe em qual panela a água vai

ferver primeiro.

EXPERIENCIA

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Termoquímica dos balões

Materiais

- 2 balões de aniversario;

- 1 vela acesa;

- 400 mL de H2O (Temperatura

ambiente 25 C°).

Procedimento

Pegue um dos balões e encha-o de ar, feche-o e depois acenda a vela colocando embaixo do

balão, veja o que acontece. Em seguida encha o outro balão, porém dessa vez coloque

também os 400 mL de água e repita o processo anterior.

O que acontece?

O primeiro balão assim que entrar em contato com o fogo explodirá, visto que o fogo

derreterá a borracha quase instantaneamente. No entanto, o segundo demorará muito mais

tempo, pois a água contida no interior do balão absorverá o calor da chama da vela (processo

endotérmico) bem mais rápido do que o próprio balão que estará em contato maior com a

chama. Assim, a água esquentará, paulatinamente, impedindo o balão de derreter. Ele pode

ficar sem estourar por um longo tempo até que a água atinja a temperatura ideal para que

aconteça o derretimento da borracha e só assim o balão estoure.

Vamos agora fazer uma experiência endotérmica muito legal!!!

20

Ate aqui estamos muito bem, já sabemos sobre termoquímica, troca de

calor, tipos de sistemas, e que tudo isso envolve reações endotérmicas

(absorção de calor) e exotérmicas (liberação de calor).

Mas aí você deve estar se perguntando: mas por que as reações liberam e

absorvem calor?

Para resolver essa questão, você deve compreender que existem dois tipos de

energia que influenciam nesse comportamento – a energia cinética e a energia

potencial.

Energia cinética está relacionada ao movimento, como a energia do vento, a

energia elétrica – onde há um fluxo de elétrons percorrendo um condutor

elétrico -, a energia em forma de calor, que se transfere de um corpo para

outro.

Energia potencial corresponde à energia armazenada em um sistema, podendo

ser aproveitada para a produção de trabalho, como por exemplo; a energia

potencial da água parada em uma represa, que ao descer pelos dutos

transforma-se em energia elétrica, movimentando os geradores de uma

hidroelétrica.

Dessa maneira, podemos considerar duas hipóteses que explicam a absorção ou

liberação de calor durante uma reação química:

1. Quando a energia interna total dos reagentes (energia inicial) for maior

do que a energia interna total dos produtos formados (energia final)

haverá uma sobra de energia; assim, a reação irá liberar esta energia —

em forma de calor, como ocorre no caso da reação exotérmica.

2. Quando a energia interna total dos reagentes (energia inicial) for menor

do que a dos produtos formados (energia final), a reação só irá ocorrer,

21

se houver a absorção desta energia que falta — em forma de calor,

como ocorre durante a reação endotérmica.

A temperatura depende do grau de agitação (movimento de translação,

vibração e rotação) das partículas (átomos, moléculas ou átomos), por sua vez,

a quantidade de calor depende da própria temperatura e da massa total do

sistema.

Ainda está confuso?

Então vamos exemplificar:

Pensemos em dois recipientes contendo água, um com 1L e outro com 2L,

ambos submetidos à ebulição nas condições normais de pressão e ao nível do

mar.

Os dois estão à mesma temperatura: 100 °C, porém a quantidade de calor

contida no recipiente que contém 2L de água será o dobro da que contém 1L.

Percebeu a diferença?

100 °C

q= 100cal q= 200cal

Figura 17: meramente ilustrativa para facilitar a aprendizagem

22

Adriana Rossi

Vamos então abordar, rapidamente, a capacidade calorífica.

Capacidade calorífica é a razão entre o calor fornecido e o aumento da

temperatura que ele provoca;

C =

Quanto maior a quantidade da amostra, mais calor é necessário para aumentar

sua temperatura, sendo assim, maior sua capacidade calorífica. Essa condição

determina que a capacidade calorífica seja uma propriedade extensiva, pois

depende da quantidade de matéria analisada. Usualmente, expressamos a

quantidade de calor em caloria (cal). 1 cal corresponde à energia necessária

para elevar de 1°C a temperatura de 1 g de água.

ENTALPIA

A energia interna ou o conteúdo de energia que cada

substância tem em sua constituição é o que

denominamos entalpia (H).

Nas reações estudadas na termoquímica, ocorre a

liberação (exotérmicas) ou absorção (endotérmicas)

de calor.

Por exemplo, quando se acampa, normalmente se constrói uma fogueira, para

que o calor liberado e a luz emitida pela queima da madeira possam aquecer e

iluminar o ambiente. Essa reação de combustão da madeira é uma reação

exotérmica, pois libera calor.

Figura 18- Imagem disponível em: http://www.alunosonline.com.br/quimica

/entalpia.html

23

No entanto, surge a questão: “De onde veio essa energia em forma de

calor?”.

Essa energia já estava presente nas moléculas que, no estado gasoso,

apresentam movimento caótico, desordenado, que gera pressão. Assim, a

energia liberada já estava contida nos reagentes e, ao se produzirem os

produtos, essa energia é liberada.

A entalpia varia de acordo com a constituição das substâncias.

Entretanto, é impossível calcular a entalpia que cada substância apresenta.

Assim, costuma-se calcular não a entalpia, mas a variação de entalpia (∆H) do

processo. Isso é feito através da diferença entre a entalpia dos produtos

(entalpia final) e a entalpia dos reagentes (entalpia inicial):

∆H reação = H produtos – H reagentes

Se o valor da variação de entalpia der negativo, significa que o sistema perdeu

energia na forma de calor, ou seja, é um processo exotérmico. O contrário

também é verdadeiro: se a variação da entalpia der positiva, maior que zero, a

reação é endotérmica, pois significa que houve ganho ou absorção de calor.

LEI DE HESS

A Lei de Hess foi descoberta em 1840 pelo químico Germain Henri Hess, a qual

determina que, a quantidade de calor liberada ou absorvida numa reação química

depende somente dos estados inicial e final da reação, ou seja, não depende do

caminho percorrido pela reação.

24

Essa lei é muito importante, pois com ela é possível calcular as entalpias de

reações que, de modo experimental, seriam difíceis de determinar. Por exemplo, se

quisermos determinar a entalpia de uma reação que ocorre pelo caminho direto, pela

Lei de Hess é só combinar várias outras reações intermediárias cujos valores

sejam conhecidos e somá-las. Essa soma resulta no calor da reação desejada, como foi

feito no exemplo abaixo;

A combustão do grafite pode ocorrer de duas maneiras diferente:

A diferença de

altitude de um

lugar para

outro não

depende da

distância

percorrida; a

Lei de Hess diz

que a entalpia

de uma reação

também não.

25

Figura 19: Entalpia

Adriana Rossi

Figura 20:Combustão do grafite

VARIAÇÃO

DE ENTALPIA NAS MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO

Isso pode ser visualizado também quando analisamos as reações de formação

da água no estado líquido e no gasoso:

Observe que independente do caminho seguido pela reação se foi apenas em uma ou em

mais etapas a variação da entalpia (∆H) final da reação foi a mesma (∆H= -393 kJ).

1) Em uma única etapa

C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ∆H= -393 kJ

2) Em duas etapas

1° etapa: C (grafite) + ½ O2(g) CO(g) ∆H= -

110 kJ

2° etapa: CO (g) + ½ O2 (g) CO2(g) ∆H= -

283 kJ

C (grafite) + O2(g) CO2(g) ∆H=-

393 kJ

É possível identificar as trocas de energia na

forma de calor nas mudanças de estado físico

da água por meio da entalpia.

Imaginemos um cubo de gelo

à temperatura de -20 °C. Para que ele se

liquefaça, é necessário que seja fornecida

energia na forma de calor ao sistema, ou seja,

precisamos aquecê-lo.

Assim, a água líquida tem um conteúdo de energia, ou uma entalpia, maior que

a água no estado sólido. O mesmo acontece se quisermos que a água que está no

estado líquido, à temperatura ambiente, passe para o vapor; o sistema precisa

absorver energia.

Esses dois processos citados fusão e vaporização são processos

endotérmicos, pois absorvem energia. Portanto, a variação de entalpia do sistema

será positiva, maior que zero (∆H > 0), visto que a entalpia dos produtos é maior

que a dos reagentes.

Figura 21 - Imagem disponível em: http://www.alunosonline.com.br/quimica/variacao-entalpia-nas-mudancas-estado-fisico.html

H2O(s) → H2O(l) ∆H (fusão) = +7,3 kJ

H2O(l) → H2O(v) ∆H (vaporização) = +43,9 kJ

26

H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ∆H = -285,5 kJ

H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g) ∆H = -241,6 kJ

Observe que a variação de entalpia na formação da água no estado gasoso é

maior, assim, se passarmos a água do estado líquido para o gasoso, ou de um

estado de menor para um de maior entalpia, significa que será absorvido calor,

conforme mostrado a seguir:

H2O(l) → H2O(v) ∆H(vaporização) = (-241,6 – (-285,5)) kJ

∆H (vaporização) = +43,9kJ

Chamamos esse caso de entalpia de vaporização, pois se trata da energia

necessária para vaporizar 1 mol de substância nas condições-padrão de

temperatura e pressão.

O diagrama de entalpia nessas mudanças de estado físico ou de agregação

pode ser transcrito da seguinte forma:

27

Figura 22: Gráfico da mudança estado físico da matéria

JÁ QUE VOCÊ VIU TUDO SOBRE REAÇÃO QUÍMICA, VAMOS VER

SE VOCÊ, REALMENTE APRENDEU?

De acordo com as dicas abaixo complete o palavras cruzadas.

5

1

6

7

2

8 3

4

1. Ramo da química que estuda as transformações de energia (calor) envolvida nas

reações químicas.

2. Conteúdo energético envolvido em um processo químico.

3. Processo onde há liberação de calor.

4. Sistemas que não trocam de matéria nem de energia com o ambiente, sendo

delimitados por uma fronteira.

5. Processo onde há absorção de calor.

6. Lei que determina que para uma dada reação, a variação da entalpia é sempre a

mesma, esteja essa reação ocorrendo em uma ou em várias etapas.

7. Porção do universo cujas propriedades estão sendo analisadas.

8. Energia térmica transferida entre dois sistemas que se encontram em

temperaturas diferentes.

9.

28

Palavras cruzadas : Glêvia Ferraz

HORA DA GRAÇA

Até agora estudamos vários conceitos sobre reações, sistemas, energia calor...

Agora é hora de nos divertimos um pouquinho... O que você acha?

PERGUNTINHAS ENGRAÇADAS

Qual é o doce preferido do átomo? R. Pé de molécula. 2) O que o átomo disse ao atenderao telefone? R. Próton? (pronto) 3) O que 6 carbonos e 6 hidrogênios estão fazendo numa igreja? R. Eles estão se BENZENO. 4) Qual é o elemento químico que está sempre na sombra? R. O Indio, porque está embaixo do Gálio. 5) O que o químico disse quando viu uma pessoa se afogando? R. O homem não é solúvel na água. 6) Qual a fórmula da banana prata? R. Ba(Na)²Ag. 7) O que o átomo de Carbono disse ao ser preso? R. Eu tenho direito a quatro ligações.

29

http://eitanoisso.blogspot.com.br/2011/03/piadas-

de-quimico.html

http://profreveri.blogspot.com.br/2010_01_01_archiv

e.html.

30

http://professorcezariojr.blogspot.com.br/2011/05/gibi-da-quimica-com-as-

cabecas.html

http://professorcezariojr.blogspot.com.br/2011/05/gibi-da-quimica-com-as-cabecas.html

http://professorcezariojr.blogspot.com.br/2011/05/gibi-da-quimica-com-as-

cabecas.html

http://gtpsi.blogspot.com.br/cabecas.html

http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?

&ds=1&acao=quimica/ms2&i=8&id=670

http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=

1&acao=quimica/ms2&i=8&id=670

Agora vamos exercitar um pouco mais a mente.

Vamos lá?

Defina com suas próprias palavras:

1. O que a termoquímica estuda?

R=

2. O que é calor?

R=

3. O que é sistema e quais são os tipos de sistemas?

R=

4. Como podem ser classificadas as reações? Cite exemplos.

R=

5. O que é entalpia?

R=

6. O que é calor específico?

R=

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REFERENCIAS CONSULTADAS

ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios da química – 3° Edição.

PERUZZO, Francisco MiragaiAa; CANTO, Eduardo Leite do. Química

na abordagem do cotidiano – Volume 2.

SANTOS, Wildson (Coord.); MÓL, Gerson (Coord.); Química Cidadã:

reações químicas, seus aspectos dinâmicos e energéticos - Volume 2.

SARDELLA, Antônio. Curso completo de Química – Volume Único.

<http://quimicalogia.blogspot.com.br/2012/12/transformacoes-fisicas-

e-quimicas.html> Acesso em 02/02/2013 às 20:00h.

<http://www.qieducacao.com/2010/06/fotossintese.html> Acesso em

05/02/2013 às 14:00h;

<http://www.alunosonline.com.br/quimica/processos-endotermicos-

exotermicos.html> Acesso em 15/02/2013 às 19:00h.

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