Entalpia de reação, termoquímica, exercícios

O entalpia da reação É uma função termodinâmica que permite calcular o calor ganho ou entregue a uma reação química, desde que essa reação tenha ocorrido a pressão constante. É definido como energia interna ou mais o produto da pressão P pelo volume V das substâncias envolvidas em uma reação química, como segue: H = u + P ∙ V

Portanto, a entalpia tem dimensões de energia e, no sistema internacional de medidas, é medido em joules. Para entender a relação de entalpia com o calor trocado em uma reação química, é necessário lembrar a primeira lei da termodinâmica, que estabelece o seguinte: Q = ΔU + W

figura 1. Na combustão de um gás, a entalpia diminui. Fonte: Pixabay

A primeira lei estabelece que o calor trocado em um processo termodinâmico é igual à variação da energia interna das substâncias envolvidas no processo, mais o trabalho realizado por essas substâncias no processo.

Em qualquer processo, o trabalho W é calculado pelo seguinte relacionamento:

Na expressão anterior VI é o volume inicial, vf o volume final e P a pressão. Se o processo for realizado sob pressão constante P, o trabalho resultante será:

Onde ΔV é a variação de volume.

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Definição 

Reações químicas são processos termodinâmicos que geralmente ocorrem sob pressão constante e com muita frequência à pressão atmosférica. Esse tipo de processos termodinâmicos é chamado de "isobárico", pois ocorre à pressão constante.

Nesse caso, a primeira lei da termodinâmica pode ser escrita assim:

Qp = Δu + p ∙ ΔV

Onde o QP indica que o calor foi trocado a pressão constante. Se a definição de entalpia h = u + p ∙ V obtida, então:

QP = ΔH

A partir daí, você tem que mudar de entalpia positiva indica uma reação que tirou calor do meio ambiente. Esta é uma reação endotérmica.

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Pelo contrário, se a mudança de entalpia for negativa, é uma reação exotérmica.

De fato, a palavra entalpia vem da palavra grega Entalpien, cujo significado é "calor".

Freqüentemente a entalpia também é chamada de calor. Mas deve ficar claro que não é o mesmo que o calor, mas é a troca de calor durante o processo termodinâmico que muda a entalpia.

Relação de calor

Ao contrário do calor, a entalpia é uma função de estado. Quando a mudança de entalpia é calculada, a diferença de duas funções que dependem exclusivamente do status do sistema, como energia interna e volume, estão sendo calculadas.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Como na reação, a pressão permanece constante, de modo que a entalpia da reação é uma função de estado que depende apenas da energia e volume internos.

Em uma reação química, a entalpia dos reagentes pode ser definida como a soma da de cada um deles; e o dos produtos como a soma da entalpia de todos os produtos.

A mudança de entalpia em uma reação é a diferença da dos produtos, exceto a dos reagentes:

Figura 2. Diagrama de entalpia. Fonte: Self feito.

Em uma reação endotérmica, a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes; isto é, a reação leva o calor do meio ambiente. Pelo contrário, em uma reação exotérmica, a entalpia dos reagentes é maior que a dos produtos, uma vez que a reação dá calor ao meio ambiente.

Entalpia padrão

Como a mudança de entalpia em uma reação química pode depender da pressão e da temperatura, é costume definir as condições de reação padrão:

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Temperatura de reação padrão: 25 ° C.

Pressão de reação padrão: 1 atm = 1 bar.

A entalpia padrão é indicada da seguinte forma: H °

Termoquímica

Em uma equação termoquímica não apenas importa reagentes e produtos, a variação da entalpia também é importante. Entalpia é entendida como a reação à mudança dela que tinha lugar durante o mesmo.

Como exemplo, vamos ver as seguintes reações:

2 H2 (gás) + O2 (gás) → 2 H2O (líquido); ΔH ° = -571,6 kJ (exotérmico).

H2 (gás) + (½) O2 (gás) → H2O (líquido); ΔH ° = -285,8 kJ (exotérmico).

2 H2O (líquido) → 2 H2 (gás) + O2 (gás); ΔH ° = +571,6 kJ (endotérmico).

Entalpia é uma extensa quantidade termodinâmica

Se os termos de uma equação química forem multiplicados ou divididos por um determinado fator, a entalpia será multiplicada ou dividida por ele.

Se a reação for investida, o sinal da entalpia da reação também será investido.

Exercícios resolvidos

-Exercício 1

O gás de acetileno C2H2 é obtido da reação de carboneto de cálcio CAC2 que vem de uma maneira granulada com água no meio ambiente e pressão ambiental.

Como dados, há entalpias de formação de reagentes:

ΔH ° (CAC2) = -59,0 kJ/mol/mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ/mol/mol

E a entalpia da formação de produtos:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ/mol/mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ/mol/mol

Encontre a entropia padrão da reação.

Solução 

A primeira coisa é aumentar a equação química equilibrada:

CaC2 (s) + 2H20 (L) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (G)

E agora as entalpias dos reagentes, produtos e a reação:

- Reagentes: -59,0 kJ/mol -2 ∙ 285,8 kJ/mol = -630,6 kJ/mol/mol

- Produtos: -986,0 kJ/mol + 227,0 kJ/mol = -759 kJ/mol

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- Reação: Δh ° = -759 kJ/mol -( -630 kJ/mol) = -129 kJ/mol)

É uma reação exotérmica.

-Exercício 2

Quando 1 litro de acetileno queima em condições padrão, quanto calor ele se destaca?

Solução

A reação de combustão do acetileno uma vez equilibrada é assim:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (L)

Precisamos de entalpias de treinamento de produtos:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ/mol

ΔH ° (H2O (L)) = -285,8 kJ/mol/mol

Cálculo de entalpias

Com esses dados, podemos calcular a entalpia dos produtos:

ΔH ° (produtos) = 2*(-393,5 kJ/mol) + (-285,8 kJ/mol) = -1072,8 kJ/mol/mol

E a entalpia da formação de reagentes:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ/mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ/mol/mol

A entalpia dos reagentes será:

227,0 kJ/mol + (5/2)* 0,0 = 227,0 kJ/mol/mol

A entalpia da reação molar será então: ΔH ° (produtos) - ΔH ° (reagentes) = -1072,8kj/mol - 227,0 kJ/mol = -1299,8 kJ/mol/mol

Entalpia de combustão

Agora precisamos saber quantas moles de acetileno são um litro de acetileno em condições padrão. Para isso, usaremos a equação do estado de um gás ideal, do qual limparemos o número de toupeiras.

Número de moles n = p*v/(r*t)

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa

V = 1 L = 1,0 x 10^-3 m³

R = 8,31 J/(mol*k)

T = 25 ° C = 298,15 K

N = 0,041 mol

A entalpia da combustão de 1 litro de acetileno é 0,041 mol * (-129,8 kJ/mol) = -53,13 kJ

O sinal negativo indica que é uma reação exotérmica que emite 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Referências

1. Castaños e. Entalpia em reações químicas. Recuperado de: Lidiaconlachimica.WordPress.com
2. Termoquímica. Entalpia da reação. Recuperado de: Recursos.Educação.é
3. Termoquímica. Definição de entalpia de reação padrão. Recuperado de: Quimitube.com
4. Wikipedia. Entalpia de reação padrão. Recuperado de: Wikipedia.com
5. Wikipedia. Entalpia de treinamento. Recuperado de: Wikipedia.com