Prático e Básico: Termoquímica IV

Termoquímica refere-se ao estudo do calor em reações químicas.

Termoquímica

Lei de Hess

Elaborada pelo médico e químico Germain Henry Hess (1802 - 1850), a Lei de Hess enuncia que:

A variação de entalpia de uma reação depende exclusivamente da entalpia inicial

dos reagentes e da entalpia final dos produtos, seja a reação executada numa única etapa

seja em várias etapas sucessivas.

Exemplo 1: Determine a variação de entalpia da reação a seguir:

C⒮ + O₂⒢ → CO₂⒢

Dadas as equações intermediárias:

C⒮ + 1/2 O₂⒢ → CO⒢ ΔH = −110,3 kJ

CO⒢ + 1/2 O₂⒢ → CO₂⒢ ΔH = −283,0 kJ

Resolução: Tendo as equações intermediárias, podemos usar o processo de somar as reações, cancelando reagentes x produtos iguais. Dessa forma, as variações de entalpia das equações intermediárias também serão somadas, de modo que:

C⒮ + 1/2 O₂⒢ → ~~CO⒢~~ ΔH = −110,3 kJ

~~CO⒢~~ + 1/2 O₂⒢ → CO₂⒢ ΔH = −283,0 kJ

+ ===============================

C⒮ + O₂⒢ → CO₂⒢ ΔH = −393,3 kJ (equação global)

Exemplo 2: Determine a variação de entalpia da reação a seguir:

C⒮ + 2 H₂⒢ → CH₄⒢

Dados:

C⒮ + O₂⒢ → CO₂⒢ ΔH = −94 kcal

H₂⒢ + 1/2 O₂⒢ → H₂O⒧ ΔH = −68 kcal

CH₄⒢ + 2 O₂⒢ → CO₂⒢ + 2 H₂O⒧ ΔH = −213 kcal

Resolução: Nesse caso, precisaremos manipular nossas equações através de multiplicações e inversões, e depois somá-las da mesma forma que o Exemplo 1. Perceba o seguinte:

Uma equação pode ser invertida, mas de modo que o sinal da variação de entalpia também inverta
Uma equação pode ser multiplicada, mas de modo que toda a equação (reagentes, produtos e variação de entalpia) seja multiplicada.

Tente igualar as equações intermediárias com a equação-problema. Vamos multiplicar a segunda reação por 2 para formar o 2 H₂. Em seguida, vamos inverter a terceira reação, pois o CH₄⒢ deve estar do lado dos produtos. Finalmente, somamos as reações:

C⒮ + ~~O₂⒢~~ → ~~CO₂⒢~~ ΔH = −94 kcal

2 H₂⒢ + ~~O₂⒢~~ → ~~2 H₂O⒧~~ ΔH = −136 kcal

~~CO₂⒢~~ + ~~2 H₂O~~⒧ → CH₄⒢ + ~~2 O₂~~⒢ ΔH = +213 kcal

+ ===========================================

C⒮ + 2 H₂⒢ → CH₄⒢ ΔH = −17 kcal (equação global)

Exemplo 3: Determine a variação de entalpia da reação a seguir:

1/2 O₂⒢ + H₂⒢ → H₂O⒢

Dados:

Entalpia de ligação do O = O = 498 kJ/mol

Entalpia de ligação do H - H = 435 kJ/mol

Entalpia de ligação O - H = 462 kJ/mol

Resolução: As entalpias serão positivas para o O₂ e para o H₂, pois precisaremos de energia para quebrar suas ligações, e serão negativas para o H₂O, pois haverá a formação de duas ligações O - H, que liberarão calor.

Como temos meio mol de O₂, a entalpia de ligação será dividida por 2, e como serão formadas duas ligações O - H, multiplicaremos a entalpia por 2. Teremos a seguinte expressão:

ΔH = H₁ + H₂ + H₃

ΔH = + (498 / 2) + 435 + 2 × (−462)

ΔH = −240 kJ

A variação de entalpia de uma reação é o somatório de todas as entalpias de ligação tanto dos reagentes quanto dos produtos, sendo que as dos reagentes serão positivas e as dos produtos serão negativas.

Lembre-se que uma substância pode ter diversas ligações e da multiplicação pelo coeficiente da equação.

Exemplo 4: Determine a variação de reação da equação a seguir:

Fe₂O₃⒮ + 3 CO⒢ → 2 Fe⒮ + 3 CO₂⒢

Dados:

Entalpia de formação do Fe₂O₃⒮ = −195,5 kcal/mol

Entalpia de formação do CO⒢ = −26,4 kcal/mol

Entalpia de formação do Fe⒮ = 0,0 kcal/mol

Entalpia de formação do CO₂⒢ = −94,1 kcal/mol

Resolução: Nesse caso, a diferença entre a soma das entalpias dos produtos e dos reagentes resultará na variação de entalpia da reação. Logo:

ΔH = [2 × 0 + 3 × (−94,1)] − [−195,5 + 3 × (−26,4)]

ΔH = −6,6 kcal

A variação de entalpia de uma reação é a diferença entre o somatório das entalpias de