Termoquímica: O que é, Características e Entalpia


Introdução

O estudo das transformações de uma forma de energia em outra, bem como o estudo do transporte da energia de um corpo para outro, deu origem a um ramo importante da ciência, estudado muito bem pela Física, que é chamado de Termodinâmica. Ela determina o estudo das trocas e transformações de energia e de trabalho que acompanham os fenômenos químicos e físicos. Um ramo muito importante, que é motivo de estudo intenso pela química, é a chamada termoquímica, a qual estuda as quantidades de calor absorvidas ou liberadas durante as reações químicas. Sob este ponto de vista, as transformações químicas são classificadas em:

Termoquímica

Reações exotérmicas: São reações que produzem ou liberam calor. Exemplo: queima do carvão. C(s) + 02(fl, -> C02(g).
Reações endotérmicas: São reações que absorvem calor. Exemplo: decomposição do calcário. CaC03(s) —£-> CaO(s) + C02(g).

De acordo com a definição, tudo gira em torno do calor absorvido ou liberado em uma reação química. No dia-a-dia temos vários exemplos desta natureza, como, o cozimento dos alimentos, motores a combustão, velas, pilhas, decomposição de substâncias, dentre outros mais. E nas transformações químicas (reações), como iremos relacionar este calor como sendo um dado matemático?

Entalpia (H)

É o conteúdo total ou global de energia de um sistema. As unidades podem ser: J/mol, kJ/mol, kcal/mol, cal/mol, entre outras. Sendo: J – Joule e cal – caloria. Observação: A unidade recomendada pelo S.I. (Sistema Internacional), para medir energia é o Joule (J), porém outras unidades são utilizadas para o estudo como caloria (cal). l cal = 4,18 J.

Em uma reação química qualquer, pode-se observar uma variação de energia (entalpia) existente, dependendo do tipo de reação. Assim, poderemos relacionar:

A + B      ->      C_+_D      AH = ?
reagentes HR
produtos HP
AH = HP – HR

Desta forma estaremos calculando a variação de entalpia (AH) existente em uma reação química.

PRODUTOS

REAGENTES

Na liberação de calor, a entalpia dos produtos será menor que a entalpia dos reagentes: HR > HP. Desta forma, o cálculo de AH será: AH = HP – HR AH < O Portanto: reação exotérmica: AH < O (HR > HP).

Na absorção de calor, a entalpia dos produtos será maior que a entalpia dos reagentes: HR< HP. Desta forma, o cálculo de AH será: AH = HP – HR AH > O. Portanto: reação endotérmica: AH > O (HR < HP). Entalpia final Notamos que o simples fato de a água formada se apresentar nos estados de vapor, líquido e sólido (gelo) já altera a entalpia da reação. Caminho da reação Em relação as reações apresentadas pelo gráfico, poderiam ser escritas: Exotérmicas: CO2(g)    AH = -94 kcal/mol CO 2(g) IC(s) + 02(g)-94kcal Caminho da transformação As formas alotrópicas influem no AH ou calor da reação. Por exemplo, na queima do carbono. C02(g) AH j = -94.059 cal/mol + Q2(g) -> C02(g) AH2 = -94.512 cal/mol

Endotérmicas:

2NCL, AH = +43 kcal/mol
2NO,.

Note que a liberação energética proveniente do C(diamante) é maior, porque a sua estrutura cristalina apresenta maior entalpia ou conteúdo de calor “acumulado”, em relação ao grafite.

O QUE INFLUEM NAS ENTÂLPIAS (OU CALORES)

Como estudamos na unidade passada, as reações químicas podem absorver calor ou liberar calor, sendo endotérmica e exotérmica, respectivamente. Esta variação de calor (AH) pode ser influenciada por alguns fatores, como o estado físico, alotropia, dissolução, temperatura e outros fatores, que fazem variar o valor do AH. O AH depende do estado físico dos reagentes ou produtos.

Considere os exemplos, a l atm e 25°C:
H2(g) + V2 O2(g)-> H2O(v) AHt = -58,12 kcal/mol H2(g) + 1/2 O2(g) -» H20(,} AH2 = -68,56 kcal/mol H2O(s) AH3 = -70,00 kcal/mol
H2(g) + Vi

De um modo geral podemos afirmar que a forma cristalina de entalpia maior é mais reativa; a de entalpia menor é mais estável, e mais abundante quando na natureza. Desta forma podemos concluir que:
a grafite é mais estável que o diamante.
o enxofre rômbico é mais estável que o monoclínico.
o fósforo vermelho é mais estável que o branco.

A diferença de valores de AH existe, porque a quantidade de calor (AH3) necessária para aquecer a mistura H + C(2( de 15°C para 75°C, é diferente da quantidade de calor (AH4) necessária para aquecer 2 HQ(g;|, de 15°C para 75°C, devido a diferença entre os calores específicos da mistura H2(g) + Q2(g) e do HQ (g).