Tópicos em Termoquímica: Reações Químicas


A partir da análise experimental das reações químicas, os cientistas puderam verificar ao longo do tempo que existem variações de temperatura nos fenômenos químicos e físicos. Essas observações indicam claramente que ocorrem trocas de calor, isso é, ocorre uma alteração na energia, assim como na realização de trabalho das reações estudadas. Portanto, é possível definir a termoquímica como a área da química que discorre sobre essas mudanças de energia dos materiais, examinando se as reações causaram ganho ou perda de energia para o sistema.

Antes de prosseguir com o estudo das reações químicas, é importante dominar o conceito de calor, para não confundi-lo com temperatura. No que se refere à termoquímica, calor é o termo que designa a energia que se transfere do corpo que tem a temperatura mais elevada para aquele que apresenta uma temperatura menor. Dessa forma, tal noção demonstra que houve variações na temperatura. Em aplicação prática, quando um indivíduo tem a sensação quente, significa que ele recebeu a energia. Quando a sensação percebida é de frio, quer dizer que aconteceu a perda de energia.

Reações Químicas

• A quantidade de calor pode ser medida em quilocalorias (Kcal) ou ainda em quilojoules (KJ), tendo em vista que:
1 caloria = 4,18 joules.

Os processos ou reações químicas são categorizados como endotérmicos e exotérmicos, conforme a oscilação de calor examinada no fenômeno.

Reações Endotérmicas

As reações endotérmicas são decorrentes da absorção de calor (“endo” significa para dentro).

A fotossíntese, processo pelo qual as plantas fazem sua nutrição, é um exemplo de reação endotérmica, porque ela só acontece quando existe um fornecimento constante de energia solar. Outro caso bastante comum é o da fusão do gelo, já que a reação torna-se possível apenas a partir da absorção de calor, que é responsável por romper as ligações de hidrogênio que compõem as moléculas de água. Assim, dá-se a mudança do seu estado sólido para o líquido.

Destaca-se aqui que o calor nas equações que representam as reações endotérmicas, o calor aparece no lado dos elementos reagentes, para demonstrar que teve absorção da energia nessa mudança.

Reações Exotérmicas

A reação precisa da liberação de energia para ocorrer (“exo” quer dizer para fora).

Tendo novamente a água como exemplo ilustrativo, tem-se uma reação exotérmica durante a sua modificação da forma gasosa para a líquida. É isso o que acontece numa sauna, onde o vapor d’água, através da formação de pontes de hidrogênio, libera calor e converte-se assim em água líquida.

Entre as ocorrências usuais em que há esse tipo de processo estão as diversas reações de combustão. Por exemplo, o carvão libera calor quando é queimado. Pode-se concluir que qualquer reação de combustão é de característica exotérmica.

• Nas reações exotérmicas, o calor é sempre representado do lado dos produtos nas equações, pois isso mostra que a mudança deu-se com liberação de energia.

• Nos gráficos que representam as equações endotérmicas, a energia dos produtos, que é a energia final, tem valor maior do que a energia dos reagentes. Em razão disso, a convenção define que a variação de calor nesses casos seja descrita com o sinal positivo (+). Por sua vez, como nas reações exotérmicas a energia dos produtos perde valor em relação à energia inicial, o calor é representado pelo símbolo de negativo (-).

• Tendo essas informações como ponto de partida, a termoquímica visa medir a perda ou ganho de calor em um sistema. Essa avaliação é realizada com o auxílio de um aparelho com nome de calorímetro. Esse instrumento é composto basicamente por um recipiente que tem paredes adiabáticas, isso é, que não permitem a troca de calor com o ambiente e que contenha uma massa medida de parede água, na qual é colocado algum sistema em processo de reação. O recipiente possui ainda um termômetro, que registra a alteração na temperatura ao longo da reação, e um agitador. Desse modo, consegue-se determinar a perda ou ganho de calor de uma reação química com o emprego da seguinte fórmula:

Q = m . c . Δt

Na qual:
Q = quantidade de calor liberado ou recebido pela reação (em caloria ou joule);
m = massa de água (em gramas) adicionada no calorímetro;
c = calor específico do líquido posto no calorímetro (que para a água é 1cal/g . ºC);
Δt = oscilação de temperatura sofrida pela massa de água em decorrência da reação (em graus Celsius).

O calor de reação pode ser medido em um que calorímetro que esteja hermeticamente fechado, com volume constante. Nessas condições, a alteração de energia do sistema é chamada de variação de energia interna. Também se consegue avaliar tal mudança em um calorímetro aberto, submetido à pressão constante. A transferência de calor é, então, referida como variação de entalpia. Cabe destacar que a maioria das reações químicas acontece em um sistema aberto.

Existe uma série de fatores que interferem na entalpia de uma reação, entre os quais é importante citar:

• A quantidade de mols dos reagentes e dos produtos;
• O estado físico dos produtos e também dos reagentes;
• A temperatura do sistema;
• Se os produtos ou reagentes são alotrópicos, ou seja, são substâncias simples diferentes, mas compostas por um mesmo elemento químico.