Termoquímica - Reações endotérmicas e exotérmicas

Termoquímica - Reações endotérmicas e exotérmicas

Energia

Energia não se define, é apenas medida nas mais variadas formas que ela assume. A energia total do universo é constante. O que fazemos é simplesmente transformar uma forma de energia em outra.

Vamos ver alguns casos.

Os esquemas a seguir mostram simplificadamente o funcionamento de algumas usinas.

A queda d'água movimenta (faz girar) a turbina temos aí a energia mecânica. O gerador transforma energia mecânica em energia elétrica.

A combustão (queima) do carvão, diesel etc produz gases que movimentam a turbina (energia mecânica). O gerador transforma energia mecânica em energia elétrica.

Dentro do reator nuclear ocorre uma reação (fissão nuclear) que libera calor (energia); este calor aquece a água que passa para o estado gasoso e assim movimenta a turbina. O gerador transforma energia mecânica em energia elétrica.

A energia elétrica que chega até sua casa é proveniente de uma destas três usinas, que sofrerá várias transformações:

  • Ao acender uma lâmpada a energia elétrica é transformada em energia luminosa.
  • Ligando o ventilador, o liquidificador, a batedeira, a energia elétrica é transformada em energia mecânica.
  • No chuveiro, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor).

Como vemos, não produzimos energia, apenas a transformamos e medimos nas formas que ela assume.

Nas reações químicas temos vários tipos de energia. Numa bateria de automóvel, por exemplo, através de reações químicas temos a energia elétrica.

Para ocorrer a fotossíntese, a reação fundamental para as plantas é necessária a presença de energia luminosa.

6CO2 + 6H2O + Luz C6H12O6 + 6O2

A planta absorve CO2 (gás carbônico) do ar atmosférico, absorve água do solo e a luz proveniente do sol produzindo C6H12O6 (glicose) que vai se transformar, por exemplo, em celulose que garante seu crescimento e produz também O2 (oxigênio) que é lançado para o ar atmosférico.

Lembre-se: no ar atmosférico temos uma quantidade excessiva de gás carbônico (CO2) principal responsável pelo efeito estufa. Este excesso de CO2 ocorre basicamente por duas razões: a frota de carros, caminhões, etc. muito grande e o desmatamento criminoso. 

O alumínio (Al) usado nas panelas, nas esquadrias, nos recipientes para refrigerantes, sucos, cervejas, etc., é obtido a partir de um minério, a bauxita onde o principal constituinte é o Al2O3 (óxido de alumínio). A produção de alumínio (Al) a partir da bauxita (Al2O3) é feita a partir da passagem de corrente elétrica (reação de eletrólise) num sistema que o Al2O3 está fundido (líquido).

Al2O3(l) + Energia elétrica 2Al + 3/2  O2

Vamos estudar a energia na forma de calor.

A medida desta energia na forma de calor é feita através de um aparelho chamado calorímetro.

De acordo com a variação da temperatura calculamos a quantidade de calor envolvida.

A unidade usada é caloria (cal), mas uma caloria é uma quantidade de calor muito pequena, e nas reações estão envolvidas milhares de calorias, portanto, por uma questão prática trabalhamos com quilocalorias (kcal).

1 quilocaloria (kcal) =1000 calorias (cal)

No sistema internacional de unidades (SI), a energia na forma de calor é medida em joule (J) ou quilojoule (kJ).

1 cal = 4 J

Vamos dar preferência a trabalhar com calorias, já que é a unidade que aparece no seu cotidiano.

Reações de Combustão

Na combustão (queima) temos a produção de gases, que podem se transformar em energia mecânica para movimentar o carro, e liberação de calor; este calor liberado pode ser usado para cozinhar.

C2H6O
+ 3O2 2CO2 + 3H2O + Calor
álcool etílico
 

Para cada tipo de energia temos um tópico da matéria.

Termoquímica - Entalpia

Agora vamos estudar a termoquímica que é o ramo da Física-Química que estuda a energia na forma calor envolvido nas reações.

A termoquímica se preocupa com o saldo energético das reações químicas.

Analisamos a energia (calor) inicial e a energia (calor) final. A diferença entre os estados final e inicial nos dá este saldo

Entalpia (H) vamos chamar de entalpia a energia na forma de calor de cada substância.

Variação de Entalpia (H) saldo energético = Hfinal - Hinicial

Como o final da reação são os produtos e o início os reagentes temos:

= Hprodutos - Hreagentes

Temos dois tipos de reações termoquímicas, são elas:

Reações exotérmicas

São reações que liberam calor, ou seja, as substâncias produzidas apresentam menos energia do que as substâncias que reagiram, (Hreag. > Hprod.) fazendo assim uma variação de entalpia negativa.

Gráfico de uma reação exotérmica:

No início da reação temos uma certa quantidade de energia (Hr) no final temos menos energia (Hp), a diferença (Hp - Hr) é a energia liberada para o meio.

Exemplo 1

Combustão do etanol (álcool etílico)

C2H6O(l) + 3O2(g)2CO2(g) + 3H2O(l)                 =  -326 Kcal

                                                                                      
álcool etílico                                                   negativo = reação exotérmica

Interpretação 1 mol de álcool etílico líquido reage com 3 mol de oxigênio gasoso produzindo 2 mol de CO2 gasoso e 3 mol de água líquida liberando 326 kcal.

Graficamente temos:

Como a reação é exotérmica os reagentes (C2H60(L) + 302(g)) apresentam maior entalpia que os produtos (2CO2(g) + 3H2O(L)).

Reações endotérmicas

São reações que absorvem calor do meio produzindo substâncias mais energéticas.

Nas reações endotérmicas os produtos apresentam maior entalpia que os reagentes: (Hp > Hr) portanto o saldo energético é positivo ( > O).

Gráfico representativo das reações endotérmicas:

Exemplo 2

No funcionamento de um motor ocorrem várias reações, entre elas temos a reação entre o nitrogênio (N2) e o oxigênio (O2) provenientes do ar atmosférico produzindo monóxido de nitrogênio (NO). A equação que representa esta reação é:

Interpretação 1 mol de nitrogênio gasoso (N2(g)) reage com 1 mol de oxigênio gasoso (O2) produzindo 2 mol de monóxido de nitrogênio gasoso absorvendo 44 kcal.

Exemplo 3

Quando você passa álcool ou éter na pele, sente aquele geladinho. Isto porque o álcool ou éter absorvem calor da pele; esta retirada de calor faz a temperatura baixar. Como neste caso houve absorção de calor, o processo é endotérmico.

Exemplo 4

Quando você acende uma das bocas do fogão percebe facilmente todo calor liberado (processo exotérmico) ao colocar uma panela com água, esta absorve o calor que está sendo liberado pela chama e alcança a ebulição (ferve).

Como a água absorve calor para ferver, temos um processo endotérmico.

Resumindo

Reações Termoquímicas:

Exotérmicas - liberam calor - < O
Hr > Hp

Endotérmicas - absorvem calor - > O
Hp > Hr

Sumário

- Energia
- Reações de Combustão
- Termoquímica - Entalpia
i. Reações exotérmicas
ii. Reações endotérmicas
iii. Cálculo do ΔH
- Fatores que influem na variação da entalpia
i. Estado Físico
ii. Forma Alotrópica
iii. Associação ou dissociação de átomos
iv. Quantidade de reagentes e de produtos

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